Kui mõtleme oma mobiiltelefoni aku peale, tuleb ilmselt paljudele esimesena pähe liitium. Samas on aku aga midagi enamat kui vaid laengut kandvad ioonid – energia salvestumiseks on vaja ka spetsiaalset anoodimaterjali, mis neid ioone käsnana kinni hoiab. Mis siis, kui seda nn käsna saaks valmistada millestki nii odavast ja kättesaadavast nagu suhkur?

Värske uuring näitabki, kuidas on võimalik luua tavalisest suhkrust ülitõhusat süsinikmaterjali, mis sobib ideaalselt naatriumi ioonide talletamiseks. See avab ukse parematele ja odavamatele naatriumioonakudele, mida peetakse liitiumioonakude paljulubavaks alternatiiviks.

Avastuseni jõudis Saksamaa ja Eesti teadlaste rühm, kes valmistas glükoosist erilist süsiniku vormi, mida nimetatakse kõvaks süsinikuks. Selleks kuumutasid nad suhkrust saadud ainet kahes etapis kuni 1500 kraadini. Katse konks seisnes esimeses, madalamal temperatuuril toimuvas kuumutamises, mille kiirust teadlased muutsid – kord tehti seda väga aeglaselt, kord aga ülikiiresti.

Mõõtmised näitasid, et just kõige aeglasemalt eelkuumutatud materjal oli naatriumi salvestamisel kõige tõhusam. See andis süsiniku aatomitele rohkem aega materjalis ümber paikneda, tekitades materjali sisse rohkem kasulikke defekte, suurema sisepinna ning just naatriumi ioonidele sobiva kuju ja suurusega poorid, kuhu laadimise ajal kinnituda. 

Kiirel kuumutamisel seevastu jääb materjali struktuur vaesemaks ja selle seinad paksemaks, mis takistab naatriumi tõhusat talletamist.

Analüüsist selgus, et materjal suutis salvestada muljetavaldava koguse energiat. Anoodimaterjali mahtuvus oli ligi 330 milliampertundi grammi kohta. Kuigi see jääb veel veidi alla liitiumioonakudes kasutatavale grafiidile, on see lähedane tänapäeva liitiumioonakudes kasutatava grafiidi mahtuvusele ja seega naatriumi kohta tugev tulemus.

See näitab, et odavast toorainest on võimalik luua materjal, mis võib muuta naatriumioonakud praktiliseks ja konkurentsivõimeliseks. Ehkki tulevikus ei pruugi piisata akude valmistamiseks pelgalt soolast, suhkrust ja maasikavahust, on inseneridel pakkuda liitiumakude kõrvale mitu head alternatiivi.

Uurijad kirjutavad oma tulemustest ajakirjas Nanoscale.