Video doktoritööst: energia salvestamine süsiniku abil aitab lahendada energeetikaprobleeme ({{contentCtrl.commentsTotal}})

Tartu ülikooli keemia doktorant Indrek Tallo
Tartu ülikooli keemia doktorant Indrek Tallo Autor/allikas: ERR

Geopoliitiliste kriiside taga on tihti võitlus piiratud energiaressursside üle. See on üks põhjus mitmetest, mis on tõstatanud arutelu energiajulgeolekust ning moodsate tehnoloogiate kasutuselevõtust. Neid probleeme võib aidata lahendada eriline süsinikmaterjal, mida reedel Tartu ülikoolis doktorikraadi kaitsnud Indrek Tallo sünteesima on õppinud.

“Lihtsuses peitub võlu,” lausus Tallo. “Tuleviku energeetikaprobleeme võivad lahendada just lihtsad tehnoloogiad nagu energia salvestamine süsiniku abil.”

Tuleviku energia tootmine põhineb suuresti päikesest ja tuulest elektrienergia tootmisel, mida omakorda on vaja kombineerida erinevate energiasalvestusseadmetega. “Paraku on vajalike energiamuundurite ning suure erimahtuvuse ja erivõimsusega energiasalvestite konstrueerimine ilma konkurentsivõimeliste ja efektiivsete superkondensaatoriteta äärmiselt keeruline,” kirjutab keemik oma doktoritöö kokkuvõttes.

Liitiumioonakud salvestavad küll palju energiat, kuid ei ole väga võimsad, ja tavalised elektrolüütkondensaatorid annavad kiirelt energiat, aga suhteliselt väheses koguses. Mõlemat ühtviisi hästi teeb superkondensaator. See on unikaalne energia salvestusseade, mida testitakse erinevateks rakendusteks juba praegu. Kui tavalist akut saab täis ja tühjaks laadida 2000-3000 korda, siis superkondensaatoriga saab sama teha umbes miljon korda.

Superkondensaatorid on suure energia- ja võimsustihedusega energiasalvestid, mis on viimasel aastakümnel teinud suure arenguhüppe ning nende kommertslik kasutamine kasvab kiiresti. “Väga suure soovi korral saaks kogu maailm juba täna minna üle taastuvale ja mittereostavale energeetikale. Kasutades selleks superkondensaatoreid muutuks taastuvenergeetika oluliselt efektiivsemaks,” rääkis Tallo. “Kuid selliste salvestite hinna ja kvaliteedi suhe ei ole veel piisavalt hea, et neid massiliselt elektrivõrkudes rakendada. Kuna nende hind on kõrge, pole inimesed valmis seda investeeringut tegema.”

Superkondensaatorite hinna ja kvaliteedi suhte parandamiseks on võimalik muuta nende tootmist odavamaks või oluliselt parandada seadmete elektrokeemilisi omadusi ning tõsta nende kvaliteeti. Üheks olulisimaks komponendiks superkondensaatoris on poorne kõrge eripinnaga elektrood, mille füüsikaline morfoloogia ja omadused määravad suuresti ka lõppprodukti võimsuse, mahtuvuse ja eluea. Selle tõttu on uute ning superkondensaatorites paremini käituvate elektroodimaterjalide väljatöötamine äärmiselt oluline.

Just selliste eriliste omadustega mikropoorse süsinikmaterjali sünteesimist metallist ja süsinikust koosnevast karbiididest ning selle kasutamist superkondensaatorite elektroodina, on viimastel aastatel intensiivselt uuritud Tartu ülikooli keemia instituudis. Sellel põhineb ka Tallo doktoritöö, mille käigus ta valmistas töörühmaga erinevatest karbiididest uudseid süsinikmaterjale kõrgtemperatuurse halogeenimise meetodil. “Me oleme võimelised üsna lihtsate meetoditega sünteesima väga unikaalsete füüsikaliste ja keemiliste omadustega süsinikmaterjale,” ütles ta.

Valmistatud materjalidele uurimiseks viidi läbi mitmed erinevad füüsikalised mõõtmised. Nii tekkis parem arusaam nende morfoloogiast, kristallilisusest ja keerukast poorsest struktuurist. Seejärel valmistasid nad süsinikmaterjalidest superkondensaatori elektroodid ning teostati põhjalikud elektrokeemilised mõõtmised ja analüüsid.

Töö käigus saadud tulemuste põhjalikumal analüüsil leidsid Tartu ülikooli keemikud mitmeid selgepiirilisi korrelatsioone, kuidas materjalide erinevad füüsikalised karakteristikud mõjutavad superkondensaatori elektrokeemilisi omadusi. Nii leitigi, millised sünteesitud materjalid sobivad superkondensaatori elektroodideks paremini ning milliseid füüsikalisi parameetreid peaks eriti silmas pidama, kui otsida uusi hea hinna ja kvaliteedi suhtega materjale superkondensaatorite elektroodide valmistamiseks.

Indrek Tallo doktoritööd juhendasid TÜ füüsikalise keemia professor Enn Lust, vanemteadur Alar Jänes ja teadur Thomas Thomberg.

Toimetaja: Katre Tatrik, Tartu ülikool

Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: