Alumīnija baterijas

Gandrīz trīsdesmit gadus meklēti veidi, kā uzlabot alumīnija jonu akumulatoru, tuvojas beigām. Pirmo akumulatoru ar alumīnija anodu, kas spēj ātri uzlādēt, vienlaikus būdams lēts un izturīgs, izstrādājuši zinātnieki no Stenfordas universitātes.

Pētnieki pārliecinoši apgalvo, ka viņu smadzenes varētu kļūt par drošu alternatīvu litija jonu akumulatoriem, ko mūsdienās izmanto visur, kā arī sārma akumulatoriem, kas ir videi kaitīgi.

Nebūs lieki atgādināt, ka litija jonu akumulatori dažreiz aizdegas. Ķīmijas profesors Hongji Dai ir pārliecināts, ka viņa jaunā baterija neiedegsies, pat ja tā ir urbta. Profesora Dienas kolēģi jaunās baterijas raksturoja kā “īpaši ātras uzlādējamās alumīnija jonu baterijas”.

Pateicoties zemām izmaksām, ugunsdrošībai un spējai radīt ievērojamu elektrisko intensitāti, alumīnijs jau sen ir piesaistījis pētnieku uzmanību, taču daudzu gadu laikā ir izdevies izveidot komerciāli izdevīgu alumīnija jonu akumulatoru, kas varētu radīt pietiekamu spriegumu pat pēc daudziem uzlādes-izlādes cikliem.

Zinātniekiem bija jāpārvar daudzi šķēršļi, tostarp: katoda materiāla sabrukšana, zems šūnas izlādes spriegums (apmēram 0,55 volti), jaudas zudums un nepietiekams dzīves cikls (mazāk nekā 100 cikli), strauji enerģijas zudumi (no 26 līdz 85 procentiem pēc 100 cikli).

Tagad zinātnieki ir ieviesuši alumīnija akumulatoru ar augstu stabilitāti, kurā viņi izmantoja alumīnija metāla anodu, kas savienots pārī ar trīsdimensiju grafīta putu katodu. Pirms tam tika izmēģināti daudzi dažādi katoda materiāli, un lēmums par labu grafītam tika pieņemts nejauši. Hongji Daya grupas zinātnieki ir identificējuši vairākus grafīta materiālu veidus, kuriem ir ļoti augsta produktivitāte.

Savos eksperimentālajos paraugos Stenfordas universitātes komanda elastīgā polimēra maisiņā ievietoja alumīnija anodu, grafīta katodu un drošu šķidru jonu elektrolītu, kas galvenokārt sastāv no sāls šķīdumiem.

Profesors Dai un viņa grupa ierakstīja videoklipu, kurā parādīja, ka pat tad, ja urbj čaulu, viņu baterijas kādu laiku joprojām darbosies un neiedegsies.

Svarīga jauno akumulatoru priekšrocība ir to īpaši ātrā uzlāde. Parasti litija jonu viedtālruņi tiek uzlādēti dažu stundu laikā, savukārt jaunās tehnoloģijas prototips demonstrē nepieredzētu lādēšanas ātrumu līdz vienai minūtei.

Īpaši pārsteidzoša ir jauno bateriju izturība. Akumulatora darbības laiks ir vairāk nekā 7500 uzlādes-izlādes ciklu, nezaudējot enerģiju. Autori ziņo, ka šis ir pirmais alumīnija jonu akumulatoru modelis ar īpaši ātru uzlādi un stabilitāti tūkstošos ciklu. Tipisks litija jonu akumulators var izturēt tikai 1000 ciklus.

Ievērojama alumīnija akumulatora iezīme ir tā elastība. Akumulatoru var saliekt, kas norāda uz tā izmantošanas iespējām elastīgos sīkrīkos. Turklāt alumīnijs ir daudz lētāks nekā litijs.

Liekas daudzsološi izmantot šādas baterijas atjaunojamās enerģijas uzkrāšanai, lai atbalstītu tās turpmākai elektrisko tīklu nodrošināšanai, jo pēc jaunāko zinātnieku domām alumīnija akumulatoru var uzlādēt desmitiem tūkstošu reižu.

Pretstatā masveidā izmantotajiem elementiem AA un AAA ar spriegumu 1,5 volti, alumīnija jonu akumulators rada apmēram 2 voltu spriegumu. Šis ir augstākais rādītājs, ko kāds ir sasniedzis ar alumīniju, un nākotnē šis rādītājs tiks uzlabots, apgalvo jauno bateriju izstrādātāji.

Tika sasniegts enerģijas uzkrāšanas blīvums 40 W stundā uz kilogramu litija jonu baterijas šis skaitlis sasniedz 206 vati uz kilogramu. Tomēr profesora Hongji Dai pārliecība, katoda materiāla uzlabošana galu galā izraisīs gan sprieguma palielināšanos, gan enerģijas uzkrāšanās blīvuma palielināšanos alumīnija jonu tehnoloģijas akumulatoros. Jebkurā gadījumā jau ir sasniegtas vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar litija jonu tehnoloģiju. Šeit zemas izmaksas apvienojumā ar drošību un ātru uzlādi, kā arī elastība un ilgs kalpošanas laiks.