ETH (Eidgenössische Technische Hochschule) Zürich-i ning Šveitsi Riikliku Materjaliteaduskeskuse töörühm valmistas nanomaterjali, mis võimaldab liitiumpolümeer-akudesse senisest oluliselt rohkem energiat talletada.
Monodispergeeritud tina nanotilgakesed elektronmikroskoobi all.
Elektriauto ostmise põhiküsimusi on, et kui kaugele ühe laenguga sõidab ja kas külmas mäest üles ka läheb? Külmas sõidab mäest üles küll, teatud kauguselegi, ent veel mitte bensiinimootoriga võrreldavalt. Paagi täitmine võtab aku laadimisest oluliselt vähem aega.
90% USA kodanikest sõidab autoga päevas keskmiselt 64 km. See vahemaa on elektriautoga hõlpsasti läbitav, ent hirm akude tühjaks saamise ees pidurdab otsustavalt elektriautode müüki. Suurema mahutavusega akude arendamine evib seega üheaegselt nii reaalset kui pseudoreaalset väärtust. Ometi on elektriautod efektiivsemad ja keskkonnasäästlikumad, sestap ka vajalikud.
Uus, Šveitsis välja mõeldud akut parendav vidin on anoodelektroodi istutatav tina-nanokristall. Elektroodi eesmärk on laadimisel ioone hoiustada ning neid tööks väljutada. „Mida rohkem ioone elektrood mahutab, seda pikem on autosõit,“ seletas töörühma juht Maksim Kovalenko.
Tina sobib elektroodiks pea ideaalselt, sest iga tina aatom suudab haarata vähemalt neli liitiumi iooni. Ioonide haaramine päädib aga materjali paisumisega. Sestap istutati nanokristallid jäika poorsesse süsinikmaatriksisse.
Enne istutamist oli tarvis leida tina-nanokristallide optimaalne suurus ning kasvatamisprotsess. „Võtmesammuks on kristalli oluliste kasvuetappide eraldamine. Esiteks on vaja teha võimalikult väike kristalli kasvutuum. Teiseks on vaja juhitud kasvuprotsessi,“ seletas Kovalenko. Osutus, et kristalli kasvamise kiiruse ning temperatuuri juhtimine võimaldas teadlastel lõpprkistalli suurust soovitult kontrollida. „Oleme esimene töörühm, kes on suutnud nõnda täpselt väikseid tinakristalle kasvatada.“
„Uue elektroodiga aku mahtuvus on esialgsega võrreldes kaks korda suurem,“ ütles Kovalenko. Esimeste aku töötsüklite käigus eri suurusega nanokristallide ning aku energiamahutavuse vahel ilmset seost ei olnud. Pärast mõnda töötsüklit muutus aga kristalli suurus määravamaks. Kümne nanomeetri läbimõõduga kristallidega elektrood talletas suurema läbimõõduga kristallidega variandist lõppeks oluliselt rohkem energiat. Töörühma arvates on väiksemad kristallid paremad, sest need saavad liitiumi ioone hõlpsamini käidelda.
Optimaalse kristallide suuruse leidmine ei tähenda töö lõppu. On vaja leida parim võimalik süsinikmaatriksi ehitus, parim elektroodide sideaine, sobivaim mikroskoopne elektroodide sisestruktuur ning elektroodpoore täitev elektrolüütvedelik. Uus tehnoloogia tähendab küll pikemat sõitu, aga esialgu rohkema rahaga. Odavamaid materjale otsitakse hoolega.
Allikas: Phys.org
Leave a Reply