Luonnosta rakenteita energiatekniikoille

Kiinalaisen Qingdaon yliopiston johdolla kansainvälinen tutkijajoukko on tuottanut merilevästä huokoisia hiilinanokuituja.

Seuraavan sukupolven litium-ioni-akkuihin ja muihin energiaratkaisuihin tarvitaan parempia ja edullisempia materiaaleja. Lisäksi sellainen olisi voitava tuottaa kestävästi, toteaa tutkimusta vetänyt Dongjiang Yang.

Sitouttaen metalli-ioneja levästä tehtyjen nanokuitujen munakotelomaiseen rakenteeseen saatiin aikaan vakaa materiaali ja hallittava synteesi.

Testaus osoitti, että materiaalilla oli suuri palautuva kapasiteetti 625 mAhg-1 kun perinteisellä grafiittianodilla se on 372 mAhg-1. Tämä voisi auttaa kaksinkertaistamaan kapasiteetin jos katodimateriaali on yhtä laadukas.

Kuidut toimivat myös lähes yhtä hyvin kuin polttokennojen kaupalliset platinakatalyytit ja paremmalla pitkäaikaisella vakaudella. Ne osoittivat myös korkeaa kapasitanssia, mitä voitaisiin soveltaa sinkki-ilma-akuissa ja superkondensaattoreissa.

Uusimmassa työssään tutkijat ovat käyttäneet punalevästä johdettua karrageenia ja rautaa tehden huokoinen rikkiseostetun hiilen aerogeelin, jolla on erittäin suuri pinta-ala. Rakenne voisi olla hyvä ehdokas käyttää litium-rikki akuissa ja superkonkissa.

Cambridgen yliopiston johdolla toiminut kansainvälinen ryhmä tiedemiehiä on puolestaan kehittänyt huokoista materiaalia, jossa toteutuu kasvinlehtien suonistojen tapainen rakenne, mikä saa ne siirtämään energia tehokkaammin.

Suunnitelma jäljittelevät Murrayn laiksi kutsuttua sääntöä, joka auttaa luonnon organismeja nesteiden siirrossa ja minimoi koko verkoston vastuksen. Myös hyönteiset hyödyntävät vastaavaa rakennetta hiilidioksidin ja hapen siirrossa.

Samaa materiaalia voidaan siten käyttää myös korkean suorituskyvyn kaasun tunnistuksessa tai katalyysissä hajottamaan orgaanisia haitakkeita veteen.

Tutkijoiden ensimmäinen demonstraatio Murray-materiaalin valmistusprosessista oli yllättävän yksinkertainen nanohiukkasten ohjautuessa prosessissa itserakentuvasti.

Materiaali voi merkittävästi parantaa pitkäaikaista vakautta ja nopeaa litium-ionien varastoinnin lataus/purku kykyä. Tukijoiden mukaan kapasiteetin parannus on jopa 25-kertainen verrattuna nykyisten grafiittimateriaalien tasoon.