Tampereen yliopisto johtaa EU-tutkimushanketta, joka edistää ympäristöä vahingoittamatonta energian varastointia

Jo kauan on tiedetty, että superkondensaattoreiden avulla voitaisiin mullistaa energian varastointi niiden suuren tehotiheyden ja nopean latauskyvyn ansiosta. Perinteisiin akkuihin verrattuna kaupallisesti saatavilla olevien superkondensaattorien energiatiheydessä on kuitenkin edelleen rajoituksia, vaikka ne ovat ympäristöä vahingoittamattomia. ARMS-hanke pyrkii ratkaisemaan tunnistettuja ongelmia. Hankkeelle on myönnetty rahoitus EU:n grafeenilippulaivaohjelmasta, joka on osa Horisontti Eurooppa -puiteohjelmaa. Tampereen yliopiston Tulevaisuuden elektroniikan laboratorio LFE (the Laboratory for Future Electronics) vastaa hankkeen projektinhallinnasta ja koordinoinnista, mutta osallistuu myös aktiivisesti tutkimukseen elektroniikan materiaalien osa-alueella.

Uusilla menetelmillä parempi energiatiheys ja pidempi käyttöikä

Hankkeen ytimessä on kehittää superkondensaattorien energiatiheyttä ja pitkäaikaista kestävyyttä parantavia uraauurtavia teknologioita. Tässä LFE-tutkimusryhmällä on keskeinen rooli. Atomikerroskasvatuksen (ALD) avulla tutkimusryhmä kasvattaa grafeenipitoisten aktiivihiilielektrodien pinnoille hyvin ohuita metallioksidikerroksia.

–Aktiivihiili on rakenteena hyvin huokoinen. ALD:n avulla voimme pinnoittaa nanomittakaavassa jokaisen huokoisen saman paksuiseksi. Prosessi muuttaa elektrodien ominaisuuksia, jolloin ne voivat varastoida enemmän energiaa. Näillä parannelluilla elektrodeilla on suuri tehotiheys ja pitkä käyttöikä, joten ne peittoavat perinteisten superkondensaattorien rajoitukset, kertoo hankkeen alullepanija, emeritusprofessori Donald Lupo.

Konsortiohankkeen johtaja professori Matti Mäntysalo korostaa, että hankkeen kokonaistavoite on kunnianhimoinen.

–Pyrimme lisäämään energiatiheyttä niin, että sen arvo ylittää 50 wattituntia kilogrammaa kohti (Wh/kg). Pyrimme siis saamaan superkondensaattorin varastoimaan enemmän energiaa suhteessa sen painoon, jolloin saavutetaan tavanomaisiin litiumioniakkuihin verrattava taso. Tämä parannus on keskeinen osa hankettamme, sillä se tuo meidät lähemmäksi uraauurtavia edistysaskeleita energian varastointitekniikassa, Mäntysalo kertoo.

Lisää ympäristöä vahingoittamattomia vaihtoehtoja arkeen ja teollisuuteen

Hankkeessa otetaan käyttöön myös uusia tekniikoita superkondensaattorien käyttöjännitteiden kasvattamiseksi, laitteiden perinteisten rajojen ylittämiseksi ja niiden suorituskyvyn parantamiseksi entisestään. Näiden innovaatioiden myötä voidaan kehittää tehokkaampia ja pitkäikäisempiä energian varastointilaitteita.

–Hankkeessa tehtävä työ voi edistää muutosta jokapäiväisessä elämässämme. Kuluttajien näkökulmasta kestävämmät laitteet ja kestävän liikenteen edistysaskeleet lisäävät mukavuutta ja ympäristöä vahingoittamattomia vaihtoehtoja, Lupo kertoo.

–Lisäksi hankkeen tuotokset ulottuvat eri toimialoille ja teollisuuteen, kuten elektroniikan valmistukseen ja uusiutuvaan energiaan. Tehokkuus lisääntyy ja ympäristövaikutukset vähenevät, Mäntysalo lisää.

Hankkeessa toteutetaan myös kestävän suunnittelun viitekehys, joka ohjaa superkondensaattoreiden valmistusprosesseja. Elinkaarikestävyysarviointi (LSA) varmistaa lisäksi, että superkondensaattorit ja niiden valmistusprosessit ovat ympäristöä vahingoittamattomia.

Mäntysalon mukaan hanke ei tähtää pelkästään teknologiseen läpimurtoon, vaan edistää Euroopan teollisuuden johtoasemaa keskeisissä strategisissa arvoketjuissa.

–ARMS-hanke rakentaa yhteistyötä ja läpimurtoja energian varastoinnissa. Siten se osaltaan vahvistaa teollisuusjohtajuutta sekä autonomiaa ja raaka-aineiden toimitusvarmuutta Euroopassa.