Kun autot, lentokoneet, laivat tai tietokoneet valmistetaan materiaalista, joka toimii sekä akkuna että kuormaa kantavana rakenteena, paino ja energiankulutus vähenevät radikaalisti.
Chalmersin teknillisen korkeakoulun tutkimusryhmä Ruotsissa esittelee nyt maailman johtavan edistysaskeleen niin sanotussa massattomassa energiavarastoinnissa – rakenteellisessa akussa, joka voisi puolittaa kannettavan tietokoneen painon, tehdä matkapuhelimesta luottokortin ohuen tai lisätä sähköauton ajomatkaa jopa 70 % yhdellä latauksella.
"Olemme onnistuneet luomaan hiilikuitukomposiitista valmistetun akun, joka on yhtä jäykkä kuin alumiini ja erittäin energiatehokas, jotta sitä voidaan käyttää kaupallisesti. Aivan kuten ihmisen luuranko, akulla on useita toimintoja samanaikaisesti", kertoo Chalmersin tutkija Richa Chaudhary, joka on hiljattain Advanced Materials -lehdessä julkaistun tieteellisen artikkelin ensimmäinen kirjoittaja.
Tutkimusta rakenteellisista akuista on tehty Chalmersissa jo vuosia, ja joissakin vaiheissa myös yhteistyössä Tukholman KTH Royal Institute of Technologyn tutkijoiden kanssa.
Kun professori Leif Asp ja hänen kollegansa julkaisivat ensimmäiset tuloksensa vuonna 2018 siitä, kuinka jäykät, vahvat hiilikuidut voivat varastoida sähköenergiaa kemiallisesti, tämä edistysaskel herätti valtavaa huomiota. Uutinen siitä, että hiilikuitu voi toimia elektrodeina litiumioniakuissa, levisi laajasti ja saavutus luokiteltiin yhdeksi vuoden kymmenestä suurimmasta läpimurrosta arvostetun Physics World -lehden toimesta.
Pienempi paino vaatii vähemmän energiaa
Siitä lähtien tutkimusryhmä on jatkanut konseptinsa kehittämistä lisätäkseen sekä jäykkyyttä että energiatehokkuutta. Edellinen merkkipaalu saavutettiin vuonna 2021, kun akun energiatiheys oli 24 wattituntia kilogrammaa kohti (Wh/kg), mikä tarkoittaa noin 20 prosentin kapasiteettia verrattuna vastaavaan litiumioniakkuun. Nyt se on noussut 30 Wh/kg.
Vaikka tämä on yhä pienempi kuin nykypäivän akut, olosuhteet ovat melko erilaiset. Kun akku on osa rakennetta ja voidaan tehdä kevyestä materiaalista, ajoneuvon kokonaispaino vähenee huomattavasti. Tällöin ei esimerkiksi sähköauton kulkuun tarvita läheskään yhtä paljon energiaa.
Kuitenkin ennen kuin akkusolut ovat siirtyneet pienimuotoisesta laboratoriovalmistuksesta laajamittaiseen tuotantoon teknologialaitteillemme tai ajoneuvoille, on vielä paljon insinöörityötä tehtävänä.
"Voisi kuvitella, että luottokortin ohuet matkapuhelimet tai kannettavat tietokoneet, jotka painavat puolet nykyisestä, ovat ajallisesti lähimpänä. Myös komponentit, kuten elektroniikka autoissa tai lentokoneissa, voisivat saada virtansa rakenteellisista akuista. Tarvitaan suuria investointeja, jotta voidaan vastata kuljetusalan haastaviin energiatarpeisiin, mutta juuri tällä alalla teknologia voisi tehdä suurimman eron", sanoo Leif Asp.
