Åbo Akademin tuytkijat 3D-tulostavat uuden sukupolven natriumakkuja.

Åbo Akademissa on käynnistynyt monitieteinen hanke, joka yhdistää 3D-tulostustekniikan, uusiutuvat materiaalit ja korkealämpötilatekniikan. Hankkeessa kehitetään uuden sukupolven ympäristöystävällisiä akkuja, joissa käytetään litiumin sijaan natriumia. 

Uusiutuvan energian käytön lisääntyessä ja yhteiskunnan sähköistyessä sähköenergian varastointiin tarkoitettujen akkujen tarve on valtava. Uudenlaiset akkuideat ovat tarpeen, jotta maaperän mineraalivaroja ei käytettäisi loppuun. 

Akut koostuvat kahdesta elektrodista, positiivisesti varautuneesta katodista ja negatiivisesti varautuneesta anodista. Niiden välissä on elektrolyytti, joka tavallisesti on suoloja sisältävää nestettä. Åbo Akademin SUSTEC-hankkeessa kehitetään kestäviä akkuja 3D-tulostustekniikalla. Katodin sisältämä litium korvataan natriumilla ja anodin grafiitti puupohjaisella hiilipitoisella aineella, ja akkuun kehitetään kiinteä elektrolyytti, johon elektrodit integroidaan.  

Luonnossa, esimerkiksi merivedessä, on runsaasti natriumia kun taas litium ja grafiitin eri muodot ovat rajallisia luonnonvaroja, joita louhitaan kaivoksissa. Grafiitti ei ole paras mahdollinen vaihtoehto käytettäväksi natriumin kanssa, joten tutkijat haluavat kehittää ympäristöystävällisemmän puupohjaisen hiilipitoisen aineen. Kuivatislauksen eli pyrolyysin avulla saadaan aikaan huokoista materiaalia, jossa natriumionit siirtyvät tehokkaasti. 

– Elektrolyytti on se akun osa, jossa ionien siirtyminen anodin ja katodin välillä tapahtuu. Tämä hanke on sikäli ainutlaatuinen, että pyrimme käyttämään biopohjaisia materiaaleja, joilla saataisiin kiinteään elektrolyyttiin oikeanlaiset ominaisuudet, sanoo Chunlin Xu, joka toimii uusiutuvien materiaalien kemian professorina Åbo Akademin luonnonmateriaalitekniikan laboratoriossa. 

Tutkijat käyttävät uusien akkujen komponenttien kehittämiseen 3D-tulostustekniikkaa ja puupohjaisia materiaaleja, kuten nanoselluloosaa ja ligniiniä. Tavoitteena on, että tulevaisuudessa 3D-tulostuksella voitaisiin valmistaa käyttövalmiita akkuja. 

– Natriumakun energiatiheys on hieman pienempi kuin litiumakun, joten emme odota uuden sukupolven akuilta entistä suurempaa tehokkuutta. Meidän johtoajatuksenamme on tehdä akuista ekologisesti aiempaa kestävämpiä. Hanke on merkittävä lisä maailmanlaajuiseen, uniikkeja ratkaisuja etsivään tutkimukseen ja uusi, tärkeä akkututkimuksen avaus Åbo Akademissa, sanoo analyyttisen kemian professori Johan Bobacka Åbo Akademin molekylääritieteen ja -tekniikan laboratoriosta. 

SUSTEC-hanketta koordinoi Åbo Akademin prosessikemian keskus (Johan Gadolin Processkemiska Centret, PCC). Tutkimus sisältyy Kestävän tulevaisuuden teknologiat -tutkimusprofiiliin. Jane ja Aatos Erkon säätiö rahoittaa SUSTEC-hanketta miljoonalla eurolla neljän vuoden ajan 1.9.2022 alkaen.