(autor Giovanni Calcerano) Meie tehnoloogilises maailmas on akusid kõikjal: telefonid, sülearvutid, seadmed, aga ka kaasaskantavad seadmed, mänguasjad ja tööstuslikud rakendused. Ja tänapäeva tarbijate ootustele vastamiseks peavad need patareid olema kergemad, võimsamad ja pikema tööajaga. Praegu on selle valdkonna moodsaim tehnoloogia liitium-ioonakude oma, kuid see tehnoloogia on kallis ja hõlmab tuleohtlikku vedelikku, mis võib aku valel kasutamisel ohtu seada. Arenevate turgude (näiteks elektriautod ja taastuvenergia ladustamine) kasvava nõudluse rahuldamiseks uurivad Empa (Šveitsi materjaliteaduse ja tehnoloogia föderaalne laboratoorium) ja Genfi ülikooli (UNIGE) teadlased, on välja töötanud uue aku prototüübi, mida nimetatakse „tahkeks olekuks“: see aku võib salvestada rohkem energiat, säilitades samal ajal kõrge ohutuse ja usaldusväärsuse ning on naatriumipõhine, mis on liitiumile ökonoomne alternatiiv.
Aku töötamiseks peab sellel olema kolm põhikomponenti: anood (negatiivne poolus), katood (positiivne poolus) ja elektrolüüt. Enamik meie elektroonikaseadmetes kasutatavatest patareidest põhinevad liitiumioonil. Aku laadimisel lahkuvad liitiumioonid katoodist ja liiguvad anoodi. Vältimaks liitiumdendriitide moodustumist - mingi mikroskoopiline stalagmiit, mis võib akus tekitada lühikesi pükse -, on kaubanduslike patareide anood valmistatud pigem grafiidist kui metallilisest liitiumist, ehkki see ülikerge metall suurendaks salvestatava energia hulka.
Empa ja UNIGE teadlased keskendusid "tahke" aku eelistele, et tulla toime arenevate turgude suurenenud nõudlusega ja toota veelgi parema jõudlusega akusid: kiirem laadimine koos suurema salvestusmahu ja suurema ohutusega. Nende aku kasutab vedeliku asemel tahket elektrolüüdi, mis võimaldab kasutada metalli anoodi, mis blokeerib dendriitide moodustumise, võimaldades ohutuse tagamisel rohkem energiat salvestada.
"Kuid me pidime ikkagi leidma sobiva tahke ioonijuhtme, mis lisaks mittetoksilisusele oli keemiliselt ja termiliselt stabiilne ning võimaldaks naatriumil anoodi ja katoodi vahel hõlpsasti liikuda," selgitab keemiaosakonna professor Hans Hagemann. ja füüsika UNIGE teaduskonnas. Teadlased leidsid, et booripõhine aine klosoboraan võimaldab naatriumioonidel vabalt ringelda. Kuna kloboraan on anorgaaniline juht, väldib see laadimise ajal aku tulekahju ohtu. See on materjal, teisisõnu, arvukate paljulubavate omadustega.
"Raske oli luua tihe kontakt aku kolme kihi vahel: anood, mis koosneb tahkest metallnaatriumist, katood, naatriumkroomoksiidi segulahus ja elektrolüüt, kloroboor", ütleb teadur Léo Duchêne Empa juures. Enne naatriumkroomoksiidi pulbri lisamist lahustasid teadlased osa aku elektrolüüdist lahustis. Kui lahusti oli aurustunud, ladusid nad katoodipulbri komposiidi koos elektrolüüdi ja anoodiga, surudes erinevad kihid kokku, moodustades aku.
Seejärel testisid Empa ja UNIGE teadlased akut. "Siin kasutatava elektrolüüdi elektrokeemiline stabiilsus talub kolme volti, samas kui paljud varem uuritud tahked elektrolüüdid kahjustuvad samal pingel," ütleb Empa teadur ja projektijuht Arndt Remhof, mida toetab Šveitsi Rahvusfond. Science (SNSF) ning Šveitsi soojus- ja elektrivarustuse energiauuringute keskus (SCCER-HaE). Teadlased testisid akut üle 250 laadimis- ja tühjendustsükli jooksul, pärast mida oli 85% energiamahust endiselt saadaval. "Kuid aku turule toomine võtab 1.200 tsüklit," ütlevad teadlased. „Lisaks peame veel analüüsima aku käitumist toatemperatuuril, et oleks võimalik kinnitada, kas dendriidid tekivad või mitte, suurendades pinget veelgi. Meie katsed on veel pooleli. "
https://youtu.be/j1jAk3wf1Uc