Töörühma juht, TalTechi 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 10 – 100 korda peenemad. Kiudude sees on süsiniku nanoosakesed, mis elektrienergiat talletavad ning neid hoiab koos polümeerne sideaine. Teadlaste poolt 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: erakordselt suur eripind (pindala massiühiku kohta) ning eriliselt hea energiasalvestamise võime.

Uute superkondensatorite painduvus, kergus, ning samas väga suur tugevus on eriti oluline näiteks kosmosetehnikas. Nimelt saab satelliitides valitseva ruumikitsikuse tõttu sellise painduva materjaliga ruumi maksimaalseks ärakasutamiseks edukalt katta näiteks satelliidi seinad ja muud ebaregulaarsed tasapinnad. Superkondensaatori erakordne tugevus ning vibratsioonitaluvus on aga vajalik näiteks satelliidi stardihetkel.

Professor Krumme: „Meie töörühm arendas uurimistöö käigus TalTechi polümeeride ja tekstiilitehnoloogia laboris nii optimaalseima süsiniku jahvatusmeetodi (äärmiselt peen, kaotamata seejuures ainele hinnalist eripinda), leidis superkondensaatorile sobivaimaid polümeerseid sideaineid ning optimaalsed elektroketruse parameetreid“.

Arendatavaid superkondensaatoreid plaanitakse kasutada tugeva lühiajalise vooluimpulssi andmiseks:
- raketimootorite stardi- ja juhtimisseadmetes;
- tsüklilise elektritoite vajadusel satelliitidele nende viibimisel päikesevalgusest varjus;
- satelliidipaneelide avamisel ja mehaanilisel liigutamisel.

Kui seni on õnnestunud töörühmal läbida ahel ideest laboratoorse prototüübini, siis järgmise 3-5 aasta jooksul loodetakse ESA toel jõuda juba esimeste piloottoodeteni.

Praegu on superkondensaatori moodulid kasutusel näiteks autotööstuses (mootori käivitusabina ja pidurdusenergia talletamiseks), tõstukites ja kraanades (samuti energia taaskasutamiseks kauba laskumise ja tõstmise ajal). Nn painduva elektroonika rakendused leiavad kasutust nutikates tekstiilides (salvestatakse kandja liikumisest tekkivat energiat, et seda vajadusel hiljem kasutada). Tulevikuperspektiiviks peab professor Krumme ka näiteks eakate inimeste terviseanalüüsi ja -jälgimist nutikate materjalide abil ning looduslikku päritolu polümeeride laiemat kasutust.

Töörühmal ilmus väljaandes Journal of Electrostatics artikkel „Directly electrospun electrodes for electrical double-layer capacitors from carbide-derived carbon” (Karbiidsel süsinikul põhinevate elektrilisel kaksik-kihil põhinevate superkondensaatorite elektroodide elektroketrus).

Lisainfo: TalTechi polümeeride ja tekstiilitehnoloogia labori professor Andres Krumme, andres.krumme@taltech.ee

Kersti Vähi, TalTechi teadusosakond