Murrangulised uued akud võivad turule jõuda juba lähiaastatel | Tehnika

Tehnoloogia kiire areng on toonud kaasa uudseid läbimurdeid erinevates valdkondades, sealhulgas energia salvestamise lahendustes. Eesti võib olla peagi tunnistajaks murrangulisele arengule uute akutehnoloogiate turule jõudmisel. Uued akud lubavad pikemat tööiga, suuremat mahutavust ja kiiremat laadimist, muutes need atraktiivseks lahenduseks nii tarbijatele kui ka tööstusettevõtetele. See võib kaasa tuua olulise mõju keskkonnale ja majandusele üldiselt. Eesti tehnika ja innovatsiooni valdkonnad võivad tulevikus olla olulised mängijad selles arengus.

Tavalistest liitiumakudest märksa suurema mahutavuse ja palju kiirema laadimisega tahkisakude tulekust on räägitud juba aastaid. Siiani on nende arendamine ja kasutuselevõtt takerdunud aga tehnilise keerukuse taha. Sellegipoolest ütleb Tartu Ülikooli füsiokeemik Tavo Romann, et piiratud ulatuses võivad need turule jõuda juba lähiaastatel.

Liitiumioonakud sisaldavad vedelat elektrolüüti, kus liitiumi ioone juhtiv aine on geeli kujul. Elektrolüüt tagab elektrijuhtivuse ehk ioonide vaba liikumise negatiivse ja positiivse elektroodi, anoodi ja katoodi vahel. Tahkisaku nimi tuleb sellest, et elektrolüüt oleks seal tahkel kujul.

Romanni sõnul on tahkisakusid arendatud juba ligikaudu kümme aastat. Ennekõike on nende arendamisest huvitatud suured elektriautode tootjad eesotsas Toyotaga.

“Tavaline liitiumioonaku on juba küllaltki lõpuni arendatud. Päris lõpuni ilmselt mitte, aga ühtegi peadpööritavat edasiminekut või arendust pole viimasel ajal enam toimunud. Tahkisakude arendamisse on praegu suunatud enamus akutööstuse arendusressursse. Nendesse saab rohkem liitiumi suruda ja seeläbi tõsta nende energiamahutavust,” ütles Romann ERR-ile. Samuti saab tahkisakusid laadida palju kiiremini.

Tahkisakude arenduse üks väljakutse on nende turvalisus. Kui akusse pakkida rohkem liitiumi ehk ka rohkem energiat, tekitavad igasugused lühised palju rohkem kahju. Seetõttu peavad nad ajalises mõttes pikalt vastu pidama.

“Toyota näiteks teeb katseid, et see tahkisaku kestaks ikkagi kümme aastat ja ei lühistuks. Kuna sinna on nii palju energiat sisse pakitud, oleks lühistumine katastroofiline, auto põleks lihtsalt maha,” tõi Romann välja.

Arendusväljakutseid leidub ka tehnilisemal tasandil. Kui praegustes liitiumioonakudes tungib laadimise ajal liitium grafiidikihtide vahele, siis tahkisakudes tahetakse grafiit akust üldse välja jätta, et sinna jääks ainult tahke liitium. Selle arvelt saab Romanni sõnul veelgi suurema energiatiheduse.

“Anoodi poolt seisneb tehniline probleem seisneb selles, et kui me sadestame liitiumi metalsel kujul, siis see ei sadene ühtlaselt, nagu me tahaksime, vaid hoopis dendriitidena ehk närvivõrgu sarnaste struktuuridena, mis tungivad ühelt elektroodilt teisele, tekitades lühise,” nentis teadlane.

Läbi tahke elektrolüüdi samas dendriidid ei tungi ja nii on võimalik kasutada ka elektroodides tahket liitiumi. “Seal on muidugi aga-kohti veel. Tahke elektrolüüt ei ole nii hea elektrijuhtivusega kui vedel elektrolüüt. Samas saab tahke elektrolüüdi jällegi õhemaks teha, seega on viise, kuidas sellest probleemist mööda minna,” arutles Romann.

Tahke elektrolüüdi teine häda on keemiku hinnangul seegi, et tegu on klaasisarnase rabeda materjaliga. “Auto tekitab igasuguseid vibratsioone ja niimoodi võivad tekkida tahkesse elektrolüüti mõrad. Sellistes mõrakohtadest võivad jällegi need dendriidid läbi kasvada ja aku lühistada. Sellepärast ongi pikaealisuse tõstmisega seotud katsetustöö niivõrd oluline,” toonitas ta.

Määravaks saab hinnaküsimus

Arvatavasti kujuneb tahkisakude hind alguses küllaltki kõrgeks. Niisiis saab Tavo Romanni sõnul alguses määravaks küsimuseks, kui kiiresti saab uut tüüpi akude hinnad alla tuua.

“Nende tootmise tehnoloogia hõlmab näiteks vaakumsadestusmeetodite kasutamist, millega ka mina tegelen. See teeb need kindlasti esialgu kalliks. Võib juhtuda, et elektriautole mõeldud tahkisaku on näiteks kümme korda kallim kui liitiumioonaku. Sellisel juhul pandaks need esialgu ainult kõige kallimatesse automudelitesse,” tõi ta näiteks.

Romann usub, et tahkisakude arendus on jõudnud juba nii kaugele, et järgmise paari aasta jooksul leiavad nad rakendust valdkondades ja seadmetes, kus hind pole määrav. Näiteks võetakse need esmajoones kasutusele sõjanduses või siis luksusseadmetes.

“Arendustööd küll veel jätkub, aga puudujäägid pole praegu üldsegi olemuslikud. See on ilmselt nii, et järgmise paari aastaga tulevad üksikud rakendused, mis on väga kallid. Ma ei usu, et järgmise paari aasta jooksul tuleb elektriautodele konkurentsivõimelise hinnaga tahkisaku,” lisas füsiokeemik.

Kokkuvõtteks võib öelda, et murrangulised uued akud avavad suurepärase võimaluse tulevikus kasutatavate tehnoloogiate ja seadmete arenguks. Nende akude turule jõudmine võib oluliselt parandada nutiseadmete, elektriautode ja taastuvenergiaallikate tulemuslikkust ja tõhusust. Lisaks võivad uued akud aidata kaasa ka keskkonnasõbralikumale tulevikule, vähendades süsinikujalajälge ja sõltuvust fossiilsetest kütustest. Eesti peaks olema valmis nende uute tehnoloogiate integreerimiseks oma arengusse ja majandusse, et saavutada jätkusuutlikum tulevik.