Tänu katkiste munakoorte sarnastele mullide ümber ehitatud grafeenstruktuuridele valmistati seni kõrgeima energiamahtuvusega liitum-õhk aku. See must poorne materjal võib tulevikus asendada liitium-õhk akudes praegu kasutatavaid traditsioonilisi siledaid grafeenlehti, sest need ummistuvad kasutamise ajal väikeste osakestega. Lisaboonusena võib tuua välja selle, et uus materjal ei sõltu plaatinast või teistest väärismetallidest, vähendades seega seadme võimalikku maksumust ning mõjudes paremini ka keskkonnale.
Uue lähenemise abil valmistasid teadlased grafeenmembraani, mis võib tulevikus asendada elektrisõidukites tavapäraseid akusid.
,,See isekorrastunud grafeenlehtede hierarhiline struktuur on ideaalne mitte ainult liitium-õhk akude vaid ka mitmete teiste võimalike energiarakenduste jaoks,” sõnas dr Jie Xiao, uurimist juhtinud materjaliteadlane. Liitium-õhk akude abil saaks valmistada pikkade vahemaade (umbes 480 km) läbimiseks mõeldud elektrisõidukeid. Võrdlemisi kergekaalulised liitium-õhk akud omavad aga hetkel piiratud energiamahtuvust ning nende korduvlaadimiste arv on madal. Antud uurimuses õnnestus teadlastel aga akude mahtuvust tunduvalt suurendada, kirjutab Physorg.com.
Mahtuvuse suurendamiseks kombineerisid teadlased grafeeni ja siduva aine, kusjuures viimane põhjustas grafeeni hajumist lahuses nii nagu seepaine hajutab nõudepesumasinas rasva. Seejärel lisati grafeen ja siduv aine vette ning segati protsessis, mis tekitas lahusesse mullid. Grafeen ja siduv aine tahenesid ning materjal kogunes mullide ümber. Kui mullid viimaks lõhkesid, jäid alles õõnsad grafeensfäärid. Need väikesed mustad osakesed on vaid 3-4 mikromeetrise diameetriga – ligi kümme korda õhemad kui juuksekarv.
Teadlased analüüsisid grafeenstruktuuri ja selle tööomadusi nii modelleerimise kui ka mikroskoobi abil. Leiti, et mustad poorsed struktuurid salvestavad ühe grammi grafeeni kohta rohkem kui 15 000 milliamper tundi, muutes selle olemasolevatest materjalidest palju suurema energiatihedusega materjaliks.
,,Selle tehnoloogia jaoks uuritakse mitmeid katalüsaatoreid, meie otsustasime oma uurimuses väärismetalle mitte kasutada,” ütles dr Ji-Guang Zhang, uurimisgrupi üks liikmetest. ,,See vähendab tunduvalt tootmiskulusid ning suurendab materjali turule jõudmise tõenäosust.”
Aku saavutab hetkel nii kõrge energiatiheduse vaid puhtalt hapnikust koosnevas keskkonnas. Tavaõhus mahtuvus langeb, sest õhus olev vesi reostab akudes oleva liitiumi. Hetkel töötab teadlastegrupp selle nimel, et töötada välja membraan, mis blokeeriks vett kuid võimaldaks vajalikul hapnikul vabalt liikuda.
,,Me tahame muuta selle aku ka taaslaetavaks,” lausus Zhang. ,,Hetkel see seda täielikult pole. Me töötame uue elektrolüüdi ja katalüsaatori kallal, et akut saaks korduvalt laadida – potentsiaalselt tagavaraakude rakendusteks, mis nõuavad kõrgemat energiatihedust.”
Teadusartikkel: “Hierarchically Porous Graphene as a Lithium-Air Battery Electrode“
Leave a Reply