RMIT ülikooli juhitud üleilmne teadlaste meeskond on leiutanud taaskasutatavad liitiumivabad #vesiakud.
Liitiumil põhinevaid salvesteid kasutatakse praegu tehnoloogilise küpsuse tõttu, kuid nende suuremahulist kasutust võrgu tasemel ehk suure energiahulga salvestamiseks piiravad ohutusega seotud probleemid. Prof Tianyi Ma ütles: “Seda, mida me planeerisime ja toodame, nimetatakse vesi-metall-ioonakuks – või me saame seda nimetada ka vesiakuks.”
Esimese sammuna suutsid teadlased tekitada olukorra, kus liitiumi sisaldavas akus kasutatakse elektrolüüdina vett, mis võimaldab elektrivoolu positiivsete ja negatiivsete klemmide vahel. See aga tähendab, et need akud ei saa süttida ega plahvatada.
“Võttes arvesse ka akude kõrvaldamise väljakutseid kasutusea lõpus, millega tarbijad, tööstus ja valitsused üle maailma praeguse energiasalvestustehnoloogia juures silmitsi seisavad, saab meie akusid ohutult lahti võtta, materjale taaskasutada või ringlusse võtta,” ütles Ma.
Tema sõnul aitab nende vesiakude tootmisprotsesside lihtsus masstootmise reaalsuseks muuta. “Kasutame selliseid materjale nagu magneesium ja tsink, mida leidub looduses rohkesti, mis on odavad ja vähem toksilised kui muud akudes kasutatavad alternatiivid. See aitab vähendada tootmiskulusid ning vähendab riske inimeste tervisele ja keskkonnale.”
Mis on energia salvestamise ja elutsükli potentsiaal?
Meeskond on kokku pannud väikesemahulisi prooviakusid arvukate uuringkatsete jaoks, et lahendada erinevaid tehnoloogilisi väljakutseid, sealhulgas suurendada energiasalvestusvõimet ja eluiga.
Oma viimases töös, mis avaldati ajakirjas Advanced Materials, näitavad nad, et nad on saanud jagu suurest probleemist – häirivast dendriitide ehk teravate metalliliste moodustiste tekkest, mis võivad põhjustada lühiseid ja muid tõsiseid rikkeid. Meeskond kattis tsingist elektroodid ehk kahjustuvad aku osad vismutiga ja selle oksiidiga ning see takistas dendriidide teket.
Tulemus?
„Meie #akud kestavad nüüd oluliselt kauem –need on võrreldavad turul olevate tavaliste #liitium-ioonakudega –, mistõttu on need ideaalsed kiireks ja intensiivseks kasutamiseks reaalsetes rakendustes.
“Muljetavaldava võimsuse ja pikendatud elueaga pole me mitte ainult täiustatud akutehnoloogiat, vaid ka edukalt integreerinud oma disaini päikesepaneelidega, demonstreerides tõhusat ja stabiilset taastuvenergia salvestamist.”
Meeskonna vesiaku vähendab energiatiheduse osas vahet praeguse liitiumioontehnoloogiaga, eesmärgiga kasutada võimsusühiku kohta võimalikult vähe ruumi.
Liitium asendatakse tulevikus ilmselt magneesiumiga – esimesed katseeksemplarid Mg-ioonakusid on nüüd valmis.
“Tegime hiljuti magneesiumi-#ioonaku, mille #energiatihedus on 75 vatt-tundi kilogrammi kohta (W-h/kg) – kuni 30% viimaste #Tesla autoakude omast.” See uurimus on avaldatud ajakirjas Small Structures.
“Järgmine samm on suurendada meie veepatareide energiatihedust, töötades välja uusi nanomaterjale elektroodide materjalidena.” Ma ütles, et #magneesium on tõenäoliselt tulevaste vesiakude materjal. “Magneesiumioon-veeakud võivad asendada pliiakusid lühikese aja jooksul – näiteks ühe kuni kolme aasta jooksul – ja asendada potentsiaalselt liitiumioonakusid pikas perspektiivis, 5–10 aasta pärast. Magneesium on kergem kui alternatiivsed metallid, sealhulgas #tsink ja #nikkel, sellel on suurem potentsiaalne energiatihedus ja see võimaldab akudel kiirema laadimisajaga ja parema võimekusega toetada energiat nõudvaid seadmeid ja rakendusi.”
Võimalikud rakendused
Ma ütles, et meeskonna loodud akud sobivad hästi suuremahuliste rakenduste jaoks, muutes need ideaalseks võrgutasemel salvestamiseks ja taastuvenergia integreerimiseks – eriti ohutuse seisukohast.
“Meie tehnoloogia arenedes võivad reaalsuseks saada muud tüüpi väiksemahulised energiasalvestusrakendused, nagu inimeste kodude ja meelelahutusseadmete toide.”
Osana ARC Linkage projektist arendab Ma meeskond pidevalt oma veepatareisid koostöös tööstuspartneri GrapheneX -iga (https://www.graphenex.com.au/), Sydneys asuva tehnoloogiainnovaatoriga. „Teeme tihedat koostööd ka #Austraalia, #USA, Ühendkuningriigi, Jaapani, Singapuri, #Hiina ja mujal asuvate tunnustatud ülikoolide ja teadusasutuste teadlaste ja ekspertidega. See koostöö hõlbustab teadmiste vahetamist ja juurdepääsu tipptasemel rajatistele. Tuginedes selle ülemaailmse meeskonna eri valdkondade teadmistele, saame lahendada keerulisi väljakutseid erinevatest vaatenurkadest.
Tsitaat uuringu järeldustest
… Given that, Zn@Bi/Bi2O3||Cu half-cells maintain 99.7% average CE during 1000 cycles at 4 mA cm−2. For the practical full-#cell configuration, Zn@Bi/Bi2O3||MnO2 pouch-type cells manifest 84.1% capacity retention after 100 cycles at 1 mA cm−2. Zn@Bi/Bi2O3||MnO2 coin-type cells still deliver 86.7% capacity retention after 500 cycles at 1 A g−1 even at a low N/P (6.3) and E/C (45 µL mAh−1). More valuably, a scaled-up #battery module with an #energy of 6 Wh (6 V, 1 Ah) can uninterruptedly #light up the solar-light LED (45 W) for whole night-time (12 h) after being charged by #photovoltaic–#solar#panel at day. Meanwhile, this energy-conversion test can consistently last for 15 days, illustrating its attractive application prospect of this battery-module in future #renewable energy source #storage systems.
One thought on “Uued vesiakud – liitiumivabad, odavad, ei sütti ega plahvata”