Vene teadlased teevad Sosnovski karuputkest uut tüüpi patareisid

Sosnovski karuputkele on Eestis kuulutatud sõda ja seda hävitatakse süsteemselt. Nüüd selgub, et tegemist on hea uut tüüpi patareide toormaterjaliga. Foto: Elmo Riig / Sakala

Mitte iga taime söestamine ei anna ühesugust süsinikku. Skolkovo teaduskeskuse Skoltech teadlased avastasid, et Venemaal laialt vohav võõrliik Sosnovski karuputk, mis inimesele on mürgine, võib osutuda hoopis vajalikuks toormaterjaliks uut tüüpi naatriumioonakude jaoks süsinikust anoodide tootmisel.

Skoltechi teadlased muutsid tüütu mürgise umbrohu naatriumioonakude kõrgekvaliteediliseks toormaterjaliks, millest saab valmistada õige struktuuriga süsinikust anoode. Teatavasti on naatriumioonakud tulevikutehnoloogia, mis võib peagi anda leevendust liitiumivarude kulutamisele, sest asendab liitiumioonakusid sellise lihtsa toorainega nagu naatrium, mida leidub pea igal pool. Seda tüüpi akud aga on praegu veel väiksema energiatihedusega ja raskemad.

Alternatiiv liitiumioonakudele sobib siiski juba kasutamiseks näiteks päikese- ja tuuleparkide energiasalvestites, kus energiatihedus ning akude kaal pole nii oluline, küll aga hind, mis loodetakse tänu odavamatele materjalidele alla saada.

Sosnovski karuputk on Eestiski levinud invasiivne võõrliik, mis põhjustab tõsiseid nahapõletusi. Algselt Kaukaasiast Kesk-Venemaale katseliselt loomasöödana imporditud kiiresti kasvav taim väljus ruttu kontrolli alt ja ähvardab levida üle kogu Ida-Euroopa. Eestis saab näiteks selle taime levialasid näha siit.

Kõva süsinik on naatriumioonaku anoodi jaoks parim materjal, kuid seda ei saa niisama orgaanilist materjali söestades. Vaja on süsiniku sellist amorfset vormi, mis ei muutu grafiidiks isegi väga kõrge temperatuuriga. Kindlast taimeliigist loodud süsiniku struktuur mahutab rohkem naatriumi ioone ja vabastab need paljude laadimise-tühjenemise tsüklite jooksul, mis on aku tööks väga oluline. Taimest sünteesitud süsinik on väga odav, lihtne sünteesida ja utiliseerida.

Sosnovski karuputkest saadud süsiniku kuloniline efektiivsus on ligikaudu 87 protsenti. Skoltechi meeskond katsetas kolme populaarset lähenemist kõva süsiniku sünteesiks taimest. Esimeses toimub otsene karboniseerimine: biomass kuumutatakse 1300 kraadini Celsiuse järgi hapnikuvabas atmosfääris. Teise võimalusena töödeldi biomassi happega, et eemaldada metallilised ja muud lisandid enne karboniseerimist. Selle lähenemisviisi tulemuseks oli oluliselt suurem kuloniline efektiivsus. Kolmandaks võib ka Sosnovski karuputke biomassi kinnises reaktoris vee sees keeta – nii tekivad väga väikesed süsinikku sisaldavad kerad, mida saab töötlemisel kasutada. Kuigi kõik kolm lähenemisviisi viisid võrreldava energiasalvestusvõimsuseni, andis teisena välja pakutud kuumtöötlus koos eelneva lisandite eemaldamisega parima kulonilise kasuteguri. Seega võib nüüd tüütut võõrliiku vaja minna, et uut tüüpi päikese- ja tuuleelektrijaamade akusid tootma hakata. Naatriumi aga saab naatrium-ioonakude jaoks kätte näiteks soolast või isegi soolasest mereveest.

Uuring avaldati teadusajakirjas Batteries.