Kuidas nanotehnoloogia meie akud paremaks teeb

Uudsel nanotehnoloogial põhinevatel liitiumioonakudel on tavaliste akudega võrreldes viiekordne mahtuvus ning need võimaldavad tunduvalt vähendada arvuti, nutitelefoni ja elektriauto laadimisaega.

Texase A&M ülikooli teadlased on leiutanud tehnoloogia, mis võib uuendada meie telefonides, sülearvutites ja elektriautodes kasutatavaid liitium­ioon­akusid, vahendab ajakiri Imeline Teadus.

Uus tehnoloogia seisneb selles, et aku üks elektrood sisaldab süsiniknanotorukestest „tellinguid“, tänu millele suureneb aku mahtuvus ning aku muutub ka üldiselt töö­kindlamaks.

Tavalises liitiumioonakus kannavad elektrilaengut ühelt elektroodilt teisele liitiumiioonid ja elektroodide rollis on kaks plaadikest. Nende vahel on separaator, mida ümbritseb ioonjuhtiv vedelik, milles ioonid laadimise ja tühjenemise ajal elektroodide vahel liiguvad.

Tühjenemise ajal toimub positiivsel elektroodil ehk anoodil liitiumi­ioonide teke, ja kuna elektronid ei suuda separaatorit läbida, liiguvad need akust välisahela kaudu vooluna toidetavasse seadmesse.

Negatiivset elektroodi ehk katoodi valmistatakse peamiselt grafiidi ja vase segust, ent pikka aega on kõneldud ka ideest, et anoodi võiks teha hoopis puhtast liitiumist.

Selle tulemusena muutuks aku energia­tihedus (aku massi ja sellesse salvestatava energia­­­hulga suhe) märkimisväärselt. Tegelikult see lausa kümnekordistaks aku mahtuvust ja muudaks ka selle laadimise palju kiiremaks.

Liitiumanoodi probleem on aga selles, et see ei ole kuigi vastupidav. Kui liitiumiioonid kogunevad anoodil, on neil kalduvus „kokku kleepuda“ ja moodustada dendriite – väikesi kristalseid struktuure, mis meenutavad puuvõrasid. Ajapikku need kasvavad ning see võib põhjustada lühist ja halvi­mal juhul panna seadme isegi plahvatama.

Texase teadlaste lahendus võimal­daks valmistada stabiilse liitium­anoodiga aku. Nad näevad ette, et kui lisada anoodile imepisikestest süsiniknanotorukestest koosnevad „tellingud“, saab dendriitide moodustumist pärssida. Need tibatillukesed „tellingud“ suudavad liitiumiioone siduda.

„Tellingud“ on anoodi pikenduseks ja hoiavad liitiumiioone kinni, nii et need ei saa anoodil koonduda ja dendriite moodustada. Sedasi saab energiatihedat liitiumi anoodi valmistamisel hästi ära kasutada ning selle tulemusena võib tublisti suurendada aku mahtuvust ja laadimiskiirust, ilma et selle turvalisus ja vastu­pidavus kannataksid.

Loe uutest ideedest akutehnoloogia vallas aprilli Imelisest Teadusest