Tallinna Tehnikaülikooli polümeeride ja tekstiilitehnoloogia labori teadlased koos ettevõttega Skeleton Technologies ja Tartu Ülikooli keemia instituudiga on Euroopa Kosmoseagentuuri toetusel tegelenud uute eriliste vastupidavusomadustega superkondensaatorite väljatöötamisega.

Töörühma juht, TTÜ polümeeride ja tekstiilitehnoloogia labori professor Andres Krumme selgitab: "Supekondensaatorite olulisus tänapäeva tehnoloogias üha kasvab. Oma olemuselt on superkondensaatorid elektrienergia salvestajad ja neid kasutatakse eelkõige olukordades, kus on vajalik suure hulga elektrienergia kiire vabastamine."

Superkondensaatorid valmistatakse elektroketruse teel ja need koosnevad nanokiulistest lausmaterjalidest. Kiud nendes materjalides on juuksekarvast kümme kuni sada korda peenemad.

Kiudude sees on süsiniku nanoosakesed, mis elektrienergiat talletavad. Neid hoiab koos polümeerne sideaine. Teadlaste välja töötatud kiuline struktuur on painduv ja tavapärastes superkondensaatorites kasutatavatest materjalidest kuni 20 korda tugevam.

Teadusprojekti ühel osapoolel – firmal Skeleton Technologies – on karbiidsest süsinikust supekondensaatorite tootmisel pikaaegne kogemus. Sellisel materjalil on elektrienergia salvestamiseks kaks olulist omadust: suur eripind (pindala ühe massiühiku kohta) ning hea energiasalvestamise võime.

Uute superkondensatorite painduvus, kergus ja tugevus muudavad need eriti oluliseks näiteks kosmosetehnika tootmisel. Satelliitides on alati ruumikitsikus ning sellise painduva materjaliga saab olemasolevaid pindu maksimaalselt ära kasutamida. Näiteks on võimalik sellega edukalt katta satelliidi seinad ja muud ebaregulaarsed pinnad. Superkondensaatori erakordne tugevus ning vibratsioonitaluvus on aga oluline näiteks satelliidi stardihetkel.

"Meie töörühm arendas välja optimaalse süsiniku jahvatusmeetodi, mille tulemusel tekkiv puru on äärmiselt peen, ent ei kaota seejuures aine hinnalist eripinda. Leidsime ka superkondensaatorile sobivaimad polümeersed sideained ja elektroketruse parameetrid," sõnab Krumme.

Arendatavaid superkondensaatoreid plaanitakse kasutada tugeva lühiajalise vooluimpulssi andmiseks:

• raketimootorite stardi- ja juhtimisseadmetes;
• tsüklilise elektritoite vajadusel satelliitidele, kui nad ei kulge päikese valguse käes;
• satelliidipaneelide avamisel ja mehaanilisel liigutamisel.

Kui seni on õnnestunud töörühmal läbida teekond ideest laboratoorse prototüübini, siis järgmise kolme kuni viie aasta jooksul loodetakse Euroopa Kosmoseagentuuri toel jõuda piloottoodeteni.

Praegu on superkondensaatori moodulid kasutusel näiteks autotööstuses mootori käivitusabina ja pidurdusenergia talletamiseks ning tõstukites ja kraanades energia taaskasutamiseks kauba laskumise ja tõstmise ajal.

Niinimetatud painduva elektroonika rakendused leiavad kasutust nutikates tekstiilides, mis salvestavad kandja liikumisest tekkivat energiat, et seda vajadusel hiljem kasutada.

Tulevikuperspektiiviks peab professor Krumme ka näiteks eakate inimeste terviseanalüüsi nutikate materjalide abil ning looduslikku päritolu polümeeride laiemat kasutust.

Uurimistöö tulemusi tutvustav artikkel ilmus ajakirjas Journal of Electrostatics