Saage tuttavaks: elektrivõrgu klassiga vedel aku

 (22)
Vedel aku

Donald Sadoway on välja nuputanud uudse aku, mis lubaks linnadel tarvitada päikeseenergiat öisel ajal ja tuuleenergiat tuulevaiksel ajal.

Säästliku mooduseta elektri salvestamiseks suurtes mastaapides on päikeseenergia öisel ajal kasutu. Üks lubav võimalus energia talletamiseks on uut tüüpi, täielikult vedelatest aktiivmaterjalidest akumulaator. Prototüübid annavad põhjust oletada, et masstoodetud vedelaku hind kujuneks väiksemaks kolmandikust praeguste parimate akude hinnast ning aku ise peaks seejuures vastu märkimisväärselt kauem, vahendab Technology Review.

Aku on täiesti enneolematu. Elektroodid on sulametallist ning elektrolüüdiks, mis nende vahel voolu juhib, sulatatud sool. Tulemuseks on ebatavaliselt elastne seade, mis suudab väga kiiresti neelata suuri koguseid elektrit. Elektroodid suudavad töötada pingete juures, mis on “kümneid kordi kõrgemad neist, mida seni üheski akus mõõdetud,” kinnitab Michigani Tehnoloogiainstituudi materjalikeemia professor ja üks aku leiutajaid Donald Sadoway. Enamgi veel: materjalid on odavad ja konstruktsioon ei esita tootmise keerukusele erilisi nõudeid.

Esimene prototüüp koosneb konteinerist, mida ümbritseb isoleeriv aine. Uurijad lisavad toorained: antimon põhja, mõni elektrolüüt nagu naatriumsulfiid keskele ning magneesium kõige peale. Kuna materjalid on eri tihedusega, jäävad need ise selgepiirilistesse kihtidesse, mis hõlbustab tootmist. Konteineri teine ülesanne on koguda voolu, juhtida vooluallikast — näiteks päikesepaneelist — saabuvaid elektrone, või kanda neid edasi kodusid ja äriettevõtteid vooluga varustavasse elektrivõrku.

Sedamööda, kuidas vool akusse voolab, tekitatakse elektrolüüdis lahustunud magneesium-antimoniidist magneesiumi ja antimoni. Kui element tühjeneb, lahustuvad kahe elektroodi eri metallid taas magneesium-antimoniidiks, mis lahustub elektrolüüdis, põhjustades sel moel elektrolüüdi paisumist ja elektroodide kahanemist (vt joonist 2).

Sadoway näeb ette suurte elementide ühendamist röögatuteks akupakettideks. New York City tipp-energiatarbe (umbes 13 000 megavatti) rahuldamisega toimetulekuks võimeline akupakk võtaks enda alla 60 000 ruutmeetrit. Selle laadimine nõuaks enneolematult mastaapseid päikesevalgusefarme, mis koguksid energiat mitte üksnes päevase vajaduse jagu, vaid piisavalt, et seda ka öiseks vajaduseks talletada. Esimesed seda tüüpi süsteemid hakkavad ilmselt talletama madala elektrinõudlusega perioodidel tekitatud voolu tipptundidel tarbimiseks, kahandades sel moel vajadust uute elektrijaamade ja ülekandeliinide järele.

Välja on pakutud mitmeid muid viise sporaadilistest energiaallikatest saadud voolu talletamiseks ning mõned on leidnud isegi piiratud kasutust. Lahendused varieeruvad tina-happeakude konglomeraatidest süsteemideni, mis päeval pumpavad vett mäest üles, et sama vesi saaks öösel alla voolates generaatoreid käitada. Vedelaku eeliseks on odav hind, pikk ekspluatatsiooniiga ja rakendatavus väga mitmesugustes oludes (mis mitmel puhul, näiteks vee pumpamise kohta, ei kehti). “Mitte keegi pole seni otsustavalt lahendanud probleemi, kuidas talletada suurtes kogustes energiat vooluvõrgu tarbeks,” nendib Sadoway. “Nüüd on meil viimaks aku, mis on põhimõtteliselt suuteline võrku talletama.”

Pärast esialgsete prototüüpide valmimist on uurijad vahetanud uurimisaluseid metalle ja sooli; magneesium-antimoniiti oli võimatu elektrolüüti lahustada kõrges kontsentratsioonis, mistõttu esimesed prototüübid olid praktiliseks kasutuseks liiga suured. Sadoway keeldub täpsustamast, milliste uute materjalidega praegu tegeldakse, kuid väidab, et need töötavad samal põhimõttel. Töörühm loodab aku tööstusliku versiooni turule tuua viie aastaga.

Joonis 1. Tavaline aku. Tavalistes akudes on vähemalt üks aktiivaine tahke. Joonisel kujutatud tina-happeakus on elektroodideks tahked plaadid, mis paigutatud vedelasse elektrolüüti. Tahked materjalid piiravad akude juhtivust ja seega neid läbiva võimaliku laengu suurust. Samuti on neil oht aja jooksul praguneda, mureneda ja muul moel manduda, mis kahandab nende ekspluatatsiooniiga. Pilt: Arthur Mount

Loe veel

Joonis 2. Tühjendamine, laadimine, laetud olek. Uut tüüpi aku sulas olekus aktiivkomponendid (triibuvärvide tähendus on järgmine: sinine = magneesium, roheline = elektrolüüt, kollane = antimon) sisalduvad konteineris, mis voolu korjab ja kogub (vasakpoolne illustratsioon). Aku on laadimiseks valmis, positiivsed magneesiumi- ja negatiivsed antimoni-ioonid elektrolüüdis lahustunud. Kui elektrivool elementi siseneb (keskmine illustratsioon), korjavad magneesiumiioonid elektrolüüdis enda külge elektrone, moodustades metalse magneesiumi, mis ühineb sulas olekus magneesiumelektroodiga. samal ajal loovutavad antimoni-ioonid elektrone, mis moodustavad vastaselektroodil metalliaatomeid. Sedamööda, kuidas metall moodustub, kahaneb elektrolüüdi kogus ning elektroodid kasvavad (parempoolne illustratsioon), mis on akude juures ebatavaline omadus. Voolu vabanemisel protsess pöördub ning metalliaatomid muutuvad taas ioonideks. Pilt: Arthur Mount