Nanotekniikka tekee tiiliseinästä sähkövaraston

Kun tiilet täytetään nanokuidulla, niihin voidaan säilöä sähköä. Tällaisista tiilistä tehdyt talot olisivat kuin jättiläisakkuja.

Kun tiilet täytetään nanokuidulla, niihin voidaan säilöä sähköä. Tällaisista tiilistä tehdyt talot olisivat kuin jättiläisakkuja.

Shutterstock

Yhdysvalloissa Washingtonin yliopistossa on kehitetty tiiliskivi, joka ulkoa näyttää tavalliselta punaiselta tiileltä mutta joka toimii myös akkuna.

Tiilestä on saatu sähkösäiliö täyttämällä sen huokoset erikoismuovista tehdyllä kuidulla, joka pystyy säilyttämään sähköjännitteen.

Jos kokonaiset rakennukset tehtäisiin akkutiilen kaltaisesta materiaalista, käsillä voisi olla ratkaisu uusiutuvan energian suureen ongelmaan eli energian varastointiin. Tulevaisuudessa talon katolla olevat aurinkokennot voisivat tuottaa päästötöntä sähköä ja se varastoitaisiin tiiliseiniin odottamaan käyttöä.

Tiileen syntyy sähköjännite

Tarkkaan ottaen sähköä säilövä tiili ei ole akku vaan kondensaattori.

Kondensaattori koostuu kahdesta elekrodista, esimerkiksi sähköä johtavasta levystä, joiden välissä on eristekerros. Kun kondensaattoria ladataan, elektrodit saavat sähköisen varauksen.

Kondensaattori varautuu myös, jos jompaakumpaa elektrodia kosketetaan varauksellisella kappaleella. Silloin myös toinen elektrodi saa yhtä suuren, mutta vastakkaismerkkisen varauksen. Samantapainen ilmiö syntyy, kun ilmapalloa hangataan villapaitaan: vastakkaiset varaukset vetävät toisiaan puoleensa.

Kun kondensaattorin toinen elektrodi on negatiivinen ja toinen positiivinen, niiden väliseen kerrokseen syntyy sähkökenttä. Jännite-ero säilyy välikerroksessa, kunnes sen energia otetaan käyttöön ulkoisessa virtapiirissä.

Huokosten pinta-ala tekee tiilestä superkondensaattorin

Kondensaattorin kapasiteetti on sitä suurempi, mitä isompi elektrodien pinta-ala on ja mitä pienempi on niiden välimatka.

Superkondensaattorissa elektrodien pinta on huokoista nanomateriaalia. Huokosten seinämissä on huomattava kokonaispinta-ala. Elektrodien välillä taas ei ole paksua eristekerrosta vaan vain ohut muovikalvo.

Näin saadaan aikaan sama rakenne kuin tavallisessa kondensaattorissa, mutta elektrodien pinta-ala on suurempi ja niiden etäisyys on lyhyempi.

Tiilestä valmistettu superkondensator saa ledin loistamaan. Tiilen huokosissa on sähköä johtavan muovin nanokuituja.

© D’Arcy Research Laboratory

Yhdysvaltalaistutkijoiden kehittämä tiiliskivi toimii kuin superkondensaattorin elektrodi. Ensin tiili käsitellään sähköä johtavalla PEDOT-muovilla, jossa on nanokuituja. Sitten tiili halkaistaan kahtia, ja puolikkaat upotetaan elektrolyyttiseen hyytelöön. Kun puolikkaat pannaan takaisin yhteen, syntyy superkondensaattori.

Toistaiseksi superkondensaattoritiilien kapasiteetti ei ole järin hyvä. Ensimmäisten prototyyppien energiatiheys oli vain prosentin tavallisen litiumioniakun energiatiheydestä. Superkondensaattoritekniikan heikko kohta on nimenomaan energiatiheys, sillä tavallisten akkujen energiatiheys on usein 10–50 kertaa parempi kuin kondensaattorin.

Toisaalta superkondensaattorit ovat kevyempi kuin akut, ne latautuvat nopeammin ja toisin kuin akkuja niitä voidaan ladata yhä uudestaan lähes loputtomiin.

Tutkijat uskovat kuitenkin, että pienillä säädöillä tiilikondensaattorin energiatiheys voidaan kymmenkertaistaa. Jos se toteutuu, superkondensaattorit ovat todellinen vaihtoehto akuille.

TAUSTAA: Siirtymä päästöttömään energiaa riippuu akuista