Rakenneakku ohentaa ja keventää laitteita

Chalmersin teknillisen yliopiston tutkimusryhmä Ruotsissa esittelee nyt maailman johtavaa edistystä rakenteellista akkua, joka puolittaisi kannettavan tietokoneen painon ja tekee matkapuhelimesta yhtä ohuen kuin luottokortti.

"Olemme onnistuneet luomaan hiilikuitukomposiitista tehdyn akun, joka on yhtä jäykkä kuin alumiini ja tarpeeksi energiatiheä kaupalliseen käyttöön.

Vuodesta 2018 alkaen tutkimusryhmä on kehittänyt rakenneakun konseptiaan lisätäkseen sekä jäykkyyttä että energiatiheyttä. Edellinen virstanpylväs saavutettiin vuonna 2021, jolloin akun energiatiheys oli 24 wattituntia kilogrammaa kohden (Wh/kg), mikä tarkoittaa noin 20 prosentin kapasiteettia vastaavasta litiumioniakusta. Nyt se on jopa 30 Wh/kg.

Vaikka tämä on edelleen alhaisempi kuin nykyiset akut, olosuhteet ovat aivan erilaiset. Kun akku on osa esimerkiksi ajoneuvon rakennetta ja se voidaan valmistaa kevyestä materiaalista, jolloin ajoneuvon kokonaispaino pienenee huomattavasti.

"Kevyisiin ja energiatehokkaisiin ajoneuvoihin investoiminen on itsestäänselvyys, jos haluamme säästää energiaa ja ajatella tulevia sukupolvia. Olemme tehneet sähköautoista laskelmia, jotka osoittavat, että ne voisivat ajaa jopa 70 prosenttia pidempään kuin nykyisillä kilpailukykyisillä rakenneakuilla", sanoo tutkimusjohtaja Leif Asp.

Ajoneuvojen osalta suunnittelulle asetetaan tietysti korkeat vaatimukset, jotta se olisi riittävän vahva turvallisuusvaatimusten täyttämiseksi. Siellä tutkimusryhmän rakenteellinen akkukenno on nostanut merkittävästi jäykkyyttään tai tarkemmin sanottuna gigapascalina (GPa) mitattua kimmokerrointa 25:stä 70:een. Tämä tarkoittaa, että materiaali kestää kuormia yhtä hyvin kuin alumiini, mutta pienemmällä painolla.

Kehitetty akkukonsepti perustuu komposiittimateriaaliin ja siinä on hiilikuitu sekä positiivisena että negatiivisena elektrodina – jossa positiivinen elektrodi on päällystetty litiumrautafosfaatilla. Kun edellinen akkukonsepti esiteltiin, positiivisen elektrodin ydin tehtiin alumiinifoliosta.

Elektrodimateriaalissa käytetty hiilikuitu on monikäyttöistä. Anodissa se toimii vahvistuksena sekä sähkön kerääjänä että aktiivisena materiaalina. Katodissa se toimii vahvistuksena, virrankerääjänä ja telineenä litiumin rakentamiselle.

Koska hiilikuitu johtaa elektronivirtaa, esimerkiksi kuparista tai alumiinista valmistettujen virrankeräinten tarve vähenee, mikä pienentää kokonaispainoa entisestään. Valitussa elektrodisuunnittelussa ei myöskään tarvita niin kutsuttuja konfliktimetalleja, kuten kobolttia tai mangaania.

Akussa litiumionit kulkeutuvat akun napojen välillä nestemäisen elektrolyytin sijaan puolikiinteän elektrolyytin kautta, mikä on haastavaa suuren tehon saamisessa ja tätä varten tarvitaan lisää tutkimusta. Samalla suunnitelma parantaa akkukennon turvallisuutta vähentämällä tulipalon vaaraa.

Aiheesta aiemmin:

Rakenneakuista enemmän energiaa

Neljän elektronin litium-ilma akku

Kasvihuonekaasu CO2 akun komponentiksi

Varsinainen tehopaperi