ARMS-projekti – Atomic layer-coated gRaphene electrodes for Micro-flexible and Structural supercapacitors

Euroopan unionin rahoittama ARMS-hanke edistää energian varastoinnin tehokkuutta, kestävyyttä ja taloudellista kannattavuutta. Kunnianhimoisen hankkeen tavoite on mahdollistaa siirtymä energian varastoinnin uuteen aikakauteen. Tampereen yliopiston johdolla hankkeessa kehitetään superkondensaattorien energiatiheyttä ja pitkäaikaista kestävyyttä parantavia uraauurtavia teknologioita.

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

Tampereen yliopiston johtamaan nelivuotiseen hankkeeseen osallistuu lisäksi viisi yliopistokumppania, kolme tutkimusinstituuttia ja kolme teollisuusyritystä kuudesta Euroopan maasta.

Tausta

Superkondensaattorit, joita kutsutaan myös sähkökemiallisiksi kondensaattoreiksi tai ultrakondensaattoreiksi, tunnistetaan yhä laajemmin tärkeiksi sähkökemiallisiksi energianvarastointilaitteiksi. Niiden laaja hyväksyntä perustuu useisiin keskeisiin etuihin:

Korkea tehotiheys: Superkondensaattoreilla on erinomainen teho-painosuhde.
Nopea lataus- ja purkukyky: Ne voivat varastoida ja vapauttaa energiaa erittäin nopeasti.
Pitkä käyttöikä: Superkondensaattorit kestävät usein yli 100 000 tai jopa 1 000 000 lataus- ja purkusykliä.
Yksinkertainen toimintaperiaate: Niiden selkeä rakenne helpottaa käyttöä ja ylläpitoa.
Nopea varauksensiirto: Superkondensaattoreissa energiansiirto tapahtuu nopeasti.
Kustannustehokas ylläpito: Niissä käytetään ympäristöystävällisiä materiaaleja, mikä vähentää pitkän aikavälin kustannuksia.

Erityisen huomionarvoista on, että superkondensaattorit eroavat perinteisistä akuista, jotka sisältävät usein vaarallisia tai ympäristölle haitallisia materiaaleja. Superkondensaattoreissa käytetään ympäristöystävällisiä materiaaleja, mikä auttaa vähentämään ekologisia ongelmia.

Merkittävä haaste on kuitenkin edelleen olemassa:

Energiatiheyden ero: Useimpien kaupallisesti saatavilla olevien superkondensaattorien energiatiheys jää yleensä alle 10 Wh/kg:n. Tämä on noin 10–15 kertaa alhaisempi kuin akuilla, erityisesti LFP-grafiittiteknologiaa käyttävillä litiumioniakuilla, joiden energiatiheys voi olla noin 100–120 Wh/kg.

Tavoite ja tehtävät

Superkondensaattorien alhaisen energiatiheyden haasteen ratkaisemiseksi ARMS-projekti (Atomic layer-coated gRaphene electrode-based Micro-flexible and Structural supercapacitors) tähtää kokonaisvaltaiseen ratkaisuun. Hankkeessa pyritään yhdistämään useita materiaaleja ja menetelmiä, kuten:

Grafeenipitoiset biopohjaiset hiilimateriaalit.
Grafeenilla päällystetyt hiilikuidut.
Uudenlainen hybridielektrolyytti, joka parantaa superkondensaattorien suorituskykyä.

Lisäksi ARMS-hankkeessa kehitetään skaalautuvaa ja kustannustehokasta atomikerroskasvatukseen (ALD) perustuvaa valmistusteknologiaa. Lopullisena tavoitteena on luoda täysin ympäristöystävällisiä superkondensaattoreita, joiden energiatiheys ylittää 50 Wh/kg, eli saavuttaa akkujen tasoinen suorituskyky.

Tärkeää on myös se, että energiatiheyttä kasvatettaessa ARMS-projektissa pyritään minimoimaan mahdolliset heikennykset seuraavissa ominaisuuksissa:

Tehotiheys.
Käyttöikä ja syklinkesto.
Materiaali- ja valmistuskustannukset.
Kestävyys ja ympäristöystävällisyys.

Lue lisää ARMS-hankkeen nettisivuilta osoitteesta http://www.arms-project.eu/

Tutkimusrahoitus

Euroopan komissio

Rahoituslähde

Hanketta rahoitetaan Horisontti Eurooppa -puiteohjelman grafeenilippulaivaohjelmasta.

European Union HORIZON-RIA (HORIZON Research and Innovation Actions), projektinumero101120677-ARMS.
ARMS project is also part of the Graphene Flagship initiative which works to advance technologies that rely on graphene and other 2D materials.

https://cordis.europa.eu/project/id/101120677