Uues akus kasutatakse väävlit ja suhkrut

Uut tüüpi liitium-väävelaku maagiline koostisosa on näpu­täis suhkrut. Aku, mille väljatöötamine on kestnud 60 aastat, on kergem ja võimsam kui senised akud ning see kolmekordistaks elektriautode sõiduulatust.

Jaga lugu:

Kujuta ette akut, mille üks laadimine annab elektri­autole 1000-, 1500- või lausa 2000kilomeetrise sõidu­ulatuse. See aku on palju odavam, kergem ja keskkonnasõbralikum kui praegu elektriautodes, arvutites, nutitelefonides ja teistes kaasaskantavates seadmetes kasutatavad liitiumioonakud. Selline aku on nüüd käeulatuses, kuna teadlastel õnnestus välja töötada sellise aku variant, milles kasutatakse liitiumi, väävlit ja … suhkrut.

Tulemuseks on liitium-väävelaku, mille valmistamine on teadlaste soovi­nimekirjas olnud juba alates 1962. aastast, mil see joonestuslaual välja töötati ning patenditi. Alles nüüd, 60 aastat hiljem, võib see saada argielu osaks.

Läbimurde taga on Austraalia Monashi ülikooli teadlased, kes ei ole aku perspektiive kirjeldades tagasihoidlikud. „Vähem kui kümne aastaga võivad tänu niisugusele tehnoloogiale jõuda teede­le sõidukid, olgu need siis elektribussid või -veoautod, mis võiksid sõita ühe laadimisega Melbourne’ist Sydneysse (u 880 km – toim),“ ennustab professor Mainak Majumder.

Imeline Teadus on Skandinaavia suurim populaarteaduslik ajakiri

Ajakiri ilmub ühe korra kuus, iga kuu alguses.

Telli kohe

Kui uus aku turule jõuab, saab sellest liitium­ioonakude asendaja. Need on meid hästi teeninud alates 1990. aastaist. Nende kahe akutüüpi tööpõhimõte on üld­joontes sama. Liitiumioonakus kannavad elektrilaengut ühelt elektroodilt teisele liitiumiioonid. Elektroodideks on kaks plaadikest: negatiivne tavaliselt grafiidist ning positiivne liitiumi ja mõne teise metalli segaoksiidist, nagu LiCoO2. Elektroodid asuvad ioonjuhtivusega vedelikus ja neid eraldab separaator. Liitiumiioonid saavad selles laadimise ja tühjenemise ajal elektroodide vahel edasi-tagasi liikuda. Kui akut laadida, liigu­vad positiivse laenguga ioonid liitium­elektroodilt negatiiv­sele grafiidist elektroodile, kus need sisenevad süsini­ku kristallivõre tasandite vahele. Tühjenemise ajal tekivad katoodil liitiumi­ioonid, ja kuna elektronid ei ole võimelised lahuses liikuma, siis liiguvad need välisahela kaudu elektri­vooluna näiteks auto elektrimootorisse.

Mida rohkem ioone aku teise elektroodi kristallivõresse mahub, seda suurem on aku energiatihedus, mis näitab, kui palju elektrienergiat saab akusse salves­tada. Väävelelektroodi energia­tihedus on kuni viis korda suurem kui grafiit­elektroodidel, mida kasutatakse tavalistes liitiumioonakudes. Just seetõttu on teadlased visalt üritanud tööle saada liitium-väävel­akut, kuid probleem on olnud nende akude tööeas. Liitium-­väävelakus põhjustavad aku korduvad laadimis-tühjenemistsüklid väävel­elektroodi mahu tsüklilist muutumist, mistõttu hakkab elektrood pragunema ning seetõttu ei ole suudetud seni üle 50 laadimistsükli nendest välja pigistada. Pealegi on liitium-väävel­akudel teinegi puudus, mis nende vastu­pidavust vähendab. Liitiumiioonide edasi-tagasi liikumisega elektroodide vahel kaasneb osaliselt polüsulfiidide teke. See tähendab, et ioonid tõmbavad osa väävlist endaga liitiumelektroodile kaasa. Seal sadestuvad väävliühendid elektroodi pinnale kihina, mis aegamööda liitium­elektroodi lagundab ning vähendab aku võimsust ja tööiga veelgi.

Loe uutmoodi Austraalia suhkruakude kohta augusti Imelisest Teadusest!