Kaos võitis: miks purunenud akud laadivad 10 korda kiiremini.
Berliini Humboldti ülikooli teadlased on välja töötanud uued anoodimaterjalid liitium- ja naatriumioonakudele, mis näitavad erakordset laadimiskiirust, suuremat stabiilsust ja pikka tööiga.
Selle läbimurdelise tehnoloogia võti peitub selles, et silmapaistvad omadused ei saavutata mitte ideaalse aatomite järjestuse abil kristallvõres, vaid vastupidi, hoolikalt kontrollitud korratuse abil aatomitasandil.
Kahes hiljutises teadusartiklis näitas professor Nicola Pinna ja doktor Patricia Russo juhitud meeskond, et pika lainepikkusega kristallstruktuuri tahtlik hävitamine võib oluliselt suurendada ioonide juhtivust, tugevdada stabiilsust tsüklilise laadimise-tühjenemise korral ja isegi avada põhimõtteliselt uued mehhanismid laengu kogunemiseks elektroodimaterjalides.
Traditsiooniliselt on akude anoodid loodud rõhuasetusega kõrge korrastatuse struktuuridele, mis tagavad ioonide liikumise ettearvatavad teed. Selline lähenemine on aga kaasnenud mitmete piirangutega: liigne jäikus, ioonide liikuvuse vähenemine ja efektiivsuse langus kiirendatud laadimisrežiimides. Uus meetod, mis põhineb „kontrollitud korratuse” kontseptsioonil, eeldab sihipärast aatomite korratuse tekitamist, mis moodustab täiendavaid kanaleid laengu ülekandeks ja suurendab aktiivseid kogunemiskeskusi.
Uuringu raames sünteesiti osaliselt desorganiseeritud võre struktuuriga niobium-volframoksiididel põhinevad materjalid ning saadi amorfne vorm ferroniobata – raua ja niobiumi ühendist. Liitium-ioonakude puhul näitas uus anoodistruktuur kõrget stabiilsust: isegi pärast 1000 laadimis- ja tühjenemistsüklit säilis märkimisväärne osa algsest mahutavusest. Naatrium-ioonakude jaoks on loodud uus materjal, mis suudab töötada stabiilselt üle 2600 tsükli ilma märkimisväärse parameetrite halvenemiseta.
Erilist huvi pakub sünteesitud ferroniobati struktuur: publikatsioonis kirjeldatakse esmakordselt selle ühendi kolumbiummodifikatsiooni kasutamist naatriumi salvestamiseks mõeldud kõrge efektiivsusega anoodina. Raudioonide lisamine põhjustab lokaalseid moonutusi FeO₆ oktaeedrites, hävitades kaugema korra ja algatades materjali ülemineku amorfseks olekuks, mis võimaldab ioonide pöördumatut kogunemist.
Samal ajal moodustuvad NbO₆ kihtides lühikesed zigzaglõiked ahelad, mis loovad stabiilse raamistiku, mis toetab struktuuri ja pakub arvukaid aktiivseid alasid pseudokapasitiivseks laengu salvestamiseks. Selline arhitektuur soodustab ka efektiivsemat ioonide difusiooni.
Amorfse naatriumanoodi ja desorganiseeritud liitiumanoodi kombinatsioon võimaldab loota ülisoodsa laadimisega akude loomist. See on eriti oluline uue põlvkonna elektriautode, taastuvatest allikatest pärit energia salvestamise statsionaarsete süsteemide ja ohutute, usaldusväärsete akulahenduste väljatöötamiseks.
Teadlased rõhutavad, et absoluutse korra loobumine sihipärase korratuse kasuks võib saada uueks suunaks tuleviku akutehnoloogia projekteerimisel, mis tagab kõrge energiatiheduse ja pika tööea.