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.
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.
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!