Rootsi uus «kaalutu» aku salvestab energiat otse süsinikkiust struktuuridesse

Aastaid tagasi ülikoolis tehtud prototüüpi on praegu jõudsalt edasi arendatud, kuid probleeme veel jätkub. Kui see akutehnoloogia saaks tootmisküpseks, võiks autokeredest ja tuulikulabadest ehitada ühed suured ja turvalised akupangad. Foto: Marcus Folino / Chalmersi Tehnoloogiaülikool

• Süsinikkiust autokered saaks ehitada suurteks akupankadeks.
• Probleem on veel uue tehnoloogia hinna ja energiatihedusega.
• Tuulikulabad saaksid nii energiat salvestada ja välja anda tuulevaiksel ajal.

Akude raskus on olnud probleemiks juba pliiakudest alates ning ehkki liitiumakud on palju kergemad, on nendegi kaal siiski üsna suur. Rootsis Chalmersi Tehnoloogiaülikoolis on aga aastaid katsetatud energia salvestamist otse süsinikkiududesse – see teeks akud ülikergeks ning ühtlasi saaks kasvõi tuulikulabasid hakata kasutama hiiglaslike patareidena.

Süsinikkiust patareid võivad muuta elektriautode ja tuulegeneraatorite tulevikku. Deep-tech ehk süvatehnoloogia idufirma Sinonus tugineb oma lahenduses Rootsi Chalmersi Tehnoloogiaülikoolis alustatud teedrajavale süsinikkiu akutehnoloogiale, arendades praegu mitmefunktsioonilise süsinikkiu kaubanduslikku versiooni.

Selles vähendab «imematerjal» kaalu lisaks kiu kergusele ka sellepärast, et toimib ise ka energiat juhtivate elektroodidena, muutes selle struktuurseks akuks, mis vähendab sõltuvust traditsioonilisest eraldiseisvast akupakist. Ettevõte usub, et säärane energiasalvestuse viis võiks aidata revolutsiooniliselt muuta kõike, alates elektrilennukitest kuni tuulegeneraatoriteni.

Auto, milles aku on kere

Kujuta ette elektriautot, mida ei koorma tohutu kilovatt-tunnise mahuga raske aku, vaid see peitub näiteks kere moodustava süsinikkiu sees. Seega ei oleks vaja edasiliikumiseks nii palju energiat ning võiks kasutada väiksemat mootorit, säästes veelgi rohkem auto kaalu.

Või kujuta ette eVTOL-lennukit ehk elektrilist püststardiga lennuvahendit, mis suudaks tõusta ilma liitiumioonakuta, mis tavaliselt nõuab, et umbes tunni jooksul peab maapinnale tagasi laadimiseks laskuma.

Või mis oleks, kui tuulegeneraatorite labad töötaks oma akudena, salvestades energiat madala nõudlusega perioodidel, et jagada seda välja tipptundidel?

Sinonus loodab, et kõik need visioonid saavad uue tehnoloogiaga teoks. Ettevõte peab selleks arendama uue nutikas süsinikkiu tüübi, mis suudab toimida integreeritud aku elektroodidena.

«Massita» süsinikuaku

Rootsi teadlased on juba pikka aega töötanud struktuurkomposiitide kallal, mis suudavad elektrit salvestada. Esimest korda oli sellest tööst kuulda juba üle kümne aasta tagasi, kui Volvo teatas oma osalusest uurimisprojektis, mille oli koos mitmete akadeemiliste partneritega, sealhulgas Chalmersi Tehnoloogiaülikooliga ette võtnud.

Chalmers võttis hiljem teatepulga üle ja mõne aasta pärast oli teadlastel tuvastatud kindla süsinikkiu alamhulk, mis suutis pakkuda just õige segu elektrijuhtivusest ja struktuursest jäikusest. Lõpuks töötati välja prototüüp «massita» süsinikuakust.

2022. aastal eraldas ülikool koos riskikapitalifirmaga Chalmers Ventures projekti omaette ettevõtteks nimega Sinonus. Idufirma eesmärk on mitmeotstarbeline, püüdes leida materjale, mis täidavad kahte või enamat funktsiooni, et säästa ressursse.

Näiteks elektrisõidukis kaaluks selle süsinikkiu akusüsteem eeldatavasti sama palju või vähem kui traditsioonilised terasest ja alumiiniumist struktuurikomponendid, kuid omaks eelist, salvestades oma energiat ja kaotades vajaduse suure, raske akupaki järele.

Sel kuul nimetas Sinonus Markus Zetterströmi oma uueks tegevjuhiks, kelle ülesandeks on süsinikkiust elektroodidega toimivate akude kaubanduslik kasutuselevõtt. Kuigi ettevõte ei oska veel öelda, millal see kaubanduslik püüdlus võib esimeste turukõlblike toodeteni jõuda, on tehnoloogia jõudnud kaugele Volvo prototüüpide algusaegadest.

AAA-patareisid võib juba asendada

Sinonuse süsinikkiust aku on laboritingimustes end juba tõestanud, asendades tavalise väikese AAA-patarei süsinikelektroodakuga mõnes madala energiatarbega rakenduses. Oma eesmärkide saavutamiseks peab ettevõte aga energia mahtu oluliselt suurendama, et jõuda lõpuks suure energiatarbega seadmeteni nagu elektriautod ja -lennukid.

Esimene loodud akuelement suudab veel asendada vaid AAA-patareid ja annab üsna vähe voolu välja, kuid tulemused paranevad kiiresti. Foto: Sinonus

«Elektrienergia salvestamine süsinikkiusse ei pruugi olla nii efektiivne kui traditsioonilistes akudes, aga kuna meie süsinikkiu lahendus omab ka struktuurset kandevõimet, võib süsteemi tasandil saavutada väga suurt kasu,» selgitas Zetterström.

Energiatiheduses on siiski veel arenguruumi

Sinonus ei ole veel avaldanud oma akukontseptsiooni energiatiheduse näitajat, kuid 2021. aastal tehtud Chalmersi labori prototüübil oli see näitaja kõigest 24 Wh/kg, mis on vaid murdosa sellest, mida saadakse kaasaegsete liitiumioonakudega, mida leidub kõikjal nutitelefonidest kuni elektriautode ja -lennukiteni.

Idufirma jääb siiski optimistlikuks, viidates varasemale Chalmersi uuringule, mis leidis, et struktuursete süsinikkiust akude potentsiaal võiks elektrisõiduki sõiduulatust suurendada kuni 70%. Madalam energiatihedus võiks osutuda ka positiivseks omaduseks, soovitab ettevõte, kõrvaldades lenduvad kemikaalid ning vähendades katastroofilise rikke ja süttimise tõenäosust.

Kulud on veel üks küsimärk, mis ripub ähvardava äikesepilvena Sinonuse arenduse kohal. Elektriautode akud on iseenesest kallid, kuid kas nende asendamine spetsiaalselt kihilise elektrijuhtivusega süsinikkiuga oleks tõesti odavam?

Tuulegeneraatorid võiksid kasutada labasid hiiglaslike akudena

Rootsi teadlased on veel välja pakkunud, et tuulegeneraatorite ja päikesepaneelide liigset taastuvenergiat võiks nende struktuurides salvestada, et seda vajadusel kasutada.

Tuleviku tuulegeneraatorid võiksid seega suuta salvestada oma toodetud liigset rohelist energiat oma tuulikulabadesse tänu nendele samadele süsinikkiust akudele, mis võimaldab salvestada energiat autode, arvutite ja muude objektide struktuuridesse, kirjutab Recharge.

Teine Sinonuse jaoks oluline huvivaldkond ongi praegu elektrienergia salvestamine elektrisõidukite süsinikkiust keredesse. Elektriautod on liitiumioonakude tõttu palju raskemad kui sisepõlemismootoriga sõidukid.