Thomas Edisonin unohdettu akkusuunnitelma käyttöön

Vuonna 1900 sähköautoja oli Amerikan teillä enemmän kuin bensiinikäyttöisiä. Tuolloin Thomas Edisonin kehittämä lyijyhappoakku oli kallis ja sen toimintasäde oli vain noin 48 kilometriä.

Edison pyrki parantamaan tätä ja uskoi, että nikkeli-rauta-akku olisi tulevaisuus, sillä se lupasi 160 kilometrin toimintasäteen, pitkän käyttöiän ja seitsemän tunnin latausajan, mikä oli tuolloin nopeaa.

Valitettavasti tuo lupaus ei koskaan toteutunut. Varhaisten sähköautojen akuissa oli edelleen vakavia rajoituksia, ja polttomoottorien kehitys voitti.

Nyt UCLA:n johtama kansainvälinen tutkimusyhteistyö on ottanut mallia Edisonin opista ja kehittänyt nikkeli-rauta-akkuteknologian, joka saattaa sopia hyvin aurinkovoimaloiden tuottaman energian varastointiin. Prototyyppi pystyi latautumaan vain sekunneissa tuntien sijaan ja saavutti yli 12 000 tyhjennys- ja lataussykliä – mikä vastaa yli 30 vuoden päivittäisiä latauskertoja.

”Ihmiset usein ajattelevat, että nykyaikaiset nanoteknologian työkalut ovat monimutkaisia ja huipputeknologisia, mutta lähestymistapamme on yllättävän yksinkertainen ja suoraviivainen”, sanoo tutkimuksen toinen kirjoittaja Maher El-Kady, UCLA :n yliopiston kemian ja biokemian laitoksen apulaistutkija . ”Sekoitamme vain yleisiä ainesosia, käytämme hellävaraisia lämmitysvaiheita ja raaka-aineita, joita on laajalti saatavilla.”

Tutkijat pyrkivät jäljittelemään nisäkkäiden luiden muodostumisen mekanismia luodakseen pieniä nikkeli- tai rautaryppäitään, kertoo vastaava kirjoittaja Ric Kaner, UCLA:sta.

Tutkimuksessa tiimi käytti proteiineja, jotka ovat naudanlihantuotannon sivutuotteita. Molekyylit toimivat malleina nikkelin ja negatiivisten elektrodien nikkeliryppäiden kasvattamiseen. Taittuneen proteiinirakenteen nurkat ja kolot rajoittivat metalliryppäiden koon alle 5 nanometriin.

Proteiinit yhdistettiin grafeenioksidiin, jota on saatavilla yhden atomin paksuisina levyinä ja koostuu hiilestä ja happiatomeista. Happi voi saada materiaalin toimimaan eristeenä, mutta seuraava prosessi muutti kaiken.

Ainesosat ylikuumennettiin vedessä ja sitten paistettiin korkeassa lämpötilassa, jolloin proteiinit hiiltyivät hiileksi, ja 2D-materiaalista irtosi happi ja proteiinien ohjaamat pienet metalliryppäät kiinnittyivät materiaaliin. Tuloksena oli lähes 99 tilavuusprosenttisesti ilmasta koostuva aerogeeli.

”Kun siirrymme suuremmista hiukkasista äärimmäisen pieniin nanoklustereihin, pinta-ala kasvaa dramaattisesti”, El-Kady sanoi. ”Se on valtava etu akuille. Kun hiukkaset ovat niin pieniä, lähes jokainen atomi voi osallistua reaktioon. Joten lataus ja purkautuminen tapahtuvat paljon nopeammin, voit varastoida enemmän varausta ja koko akku toimii tehokkaammin.”

”Koska tämä teknologia voisi pidentää akkujen käyttöikää vuosikymmeniin, se voisi olla ihanteellinen uusiutuvan energian varastointiin tai nopeaan toiminnan jatkamiseen sähkökatkosten sattuessa”, El-Kady sanoi. ”Tämä poistaisi huolen infrastruktuurin muuttuvista kustannuksista.”

Aiheesta aiemmin:

Vetytoiminen protoakku

Uusi keksintö: Happi-ioni-akku

Vanha idea tehokkaasta akusta osoittautui todeksi