Süsinik on kogu elu alus Maal ja igat selle vormi on võimalik inseneriteadustes ühel või teisel viisil ära kasutada. Näiteks ainuüksi selle kõige stabiilsemast vormist, grafiidist, oleme valmistand palju erinevaid asju, alustades pliiatsitest ja lõpetades terasega. Nüüd on aga leitud, et ühendades grafiidi alumiiniumiga, võime lahendada modernse elektroonika tööstuse ühe suurima probleemi – kuidas toota kiiresti laetavaid, kaua vastupidavaid ja odavaid akusid.
Akud vajavad uusi tehnoloogiaid
Nutiseadmetes ja elektriautodes enim kasutatavate liitiumil põhinevate akude puudujääke teame me kõik. Nende laadimine võtab hoolimata kiiretest laadimistehnoloogiatest küllaltki kaua aega, need ei pea nii pikalt vastu nagu me sooviks ja kardetakse, et liitiumi varud ei pruugi järjest kasvavale vajadusele vastu pidada. Lisaks võivad liitiumil põhinevad akud ka väga ohtlikuks muutuda.
Lahendusi nendele probleemidele otsivad kõik, kuna õige tehnoloogia leidmisega on suur edu maailmaturul garanteeritud. Välja on pakutud akusid, mis põhinevad erinevatel nanotehnoloogiatel, grafeenil, magneesiumil jne. Viimasel paaril aastal on hakatud järjest rohkem rääkima ka alumiinium-grafiit akudest.
Kaks konkureerivat lähenemist
2015. aastal avaldasid Stanfordi ülikooli teadlased teadusajakirjas “Nature” artikli, kus kirjeldasid alumiiniumist anoodi ja grafiidist katoodiga akut. Need akud on ühe minutiga laetavad, kannatavad tuhandeid laadimistsükleid ja painduvad. See viimane on väga oluline omadus, kuna mitmed tehnoloogiafirmad katsetavad viise, kuidas elektroonika paindlikuks muuta.
Kuna alumiinium ei ole nii tuleohtlik kui liitium, on Stanfordi teadlaste akud ka oluliselt ohutumad. Akust võib isegi läbi puurida, ilma et see süttiks. Liitiumakude puhul piisab ka oluliselt väiksemast häiringust, et tekkiks väga ohtlik olukord.
Alumiiniumil ja grafiidil põhinevaid akusid arendatakse ka Hiinas. 2016. aasta kevadel avaldasid Shenzheni kõrgtehnoloogia instituudi teadlased teadusajakirjas “Advanced Energy Materials” artikli, kus kirjeldasid niinimetatud alumiinium-grafiit topelt-ioon akut. Nende tehnoloogia kasutab küll liitiumit, kuid omab tavaliste liitium-ioon akudega võrreldes mitmeid kasulikke omadusi.
Hiina teadlaste sõnul on nende akude tootmine kuni 50% odavam liitium-ioon akudest. Energia tihedust on aga kuni 2,8 korda suurem. Ühe liitri suurusesse akusse on võimalik talletada ligikaudu 560 Wh. Võrdluseks, Tesla Model S-i akud mahutavad ligikaudu 350 Wh/L. See tähendab, et 500 kg kaaluva akuga saaks elektriauto sõita kuni 550 km.
Teel paremate akude poole
Uute akude arendamine ei ole lihtne kuna meie vajadused neile on ääretult suured. Me tahame midagi, mis suudab suure koguse energiat väga väikesesse seadmesse mahutada, oleks kerge ja ohutu ning mida saaks laadida võimalikult kiiresti.
Nii Stanfordi kui Senzheni teadlaste arendatavad tehnoloogiad viivad meid neile ideaalidele lähemale ja on võimalik, et järgmise kümne aasta jooksul jõuab vähemalt üks neist tehnoloogiatest ka masstootmisesse. Selge on see, et vajadus heade akude järele kasvab meeletu kiirusega ning konkureerivaid tehnoloogiaid on palju. Võitja näitab lõpuks aeg.
Foto: Ekraanikuva videost “New aluminium-ion battery from Stanford” / Stanford Precourt Institute for Energy
