Baterie aluminiowe

Prawie trzydzieści lat poszukiwań sposobów ulepszenia akumulatora aluminiowo-jonowego zbliża się do końca. Pierwszy akumulator z aluminiową anodą, zdolny do szybkiego ładowania, a jednocześnie niedrogi i trwały, został opracowany przez naukowców z Uniwersytetu Stanforda.

Naukowcy z przekonaniem twierdzą, że ich pomysł może stać się bezpieczną alternatywą dla akumulatorów litowo-jonowych, używanych obecnie wszędzie, a także baterii alkalicznych, które są szkodliwe dla środowiska.

Nie będzie niepotrzebne przypominanie sobie, że czasami akumulatory litowo-jonowe zapalają się. Profesor chemii Hongji Dai jest przekonany, że jego nowa bateria nie zapali się, nawet jeśli zostanie wywiercona. Koledzy profesora Day opisali nowe baterie jako „ultraszybkie akumulatory jonowo-aluminiowe”.

Ze względu na niski koszt, bezpieczeństwo przeciwpożarowe i zdolność do wytworzenia znacznej intensywności elektrycznej aluminium od dawna przyciąga uwagę badaczy, jednak wiele lat poświęcono na stworzenie opłacalnej komercyjnie baterii aluminiowo-jonowej, która mogłaby wytwarzać wystarczające napięcie nawet po wielu cyklach ładowania i rozładowania.

Naukowcy musieli pokonać wiele przeszkód, w tym: rozpad materiału katody, niskie napięcie rozładowania ogniwa (około 0,55 wolta), utratę pojemności i niewystarczający cykl życia (mniej niż 100 cykli), szybką utratę mocy (od 26 do 85 procent po 100 cykli).

Teraz naukowcy wprowadzili aluminiową baterię o wysokiej stabilności, w której zastosowali metalową anodę wykonaną z aluminium w połączeniu z katodą trójwymiarowej pianki grafitowej. Wcześniej wypróbowano wiele różnych materiałów na katodę, a decyzję na korzyść grafitu podjęto przypadkowo. Naukowcy z grupy Hongji Daya zidentyfikowali kilka rodzajów materiałów grafitowych, które wykazują bardzo wysoką wydajność.

W swoich eksperymentalnych próbkach zespół Uniwersytetu Stanforda umieścił anodę aluminiową, katodę grafitową i bezpieczny ciekły elektrolit jonowy, składający się głównie z roztworów soli, w elastycznej torbie polimerowej.

Profesor Dai i jego grupa zarejestrowali wideo, które pokazało, że nawet jeśli wywiercisz pocisk, ich baterie będą nadal działać przez pewien czas i nie zapalą się.

Ważną zaletą nowych akumulatorów jest ich bardzo szybkie ładowanie. Zazwyczaj akumulatory litowo-jonowe do ładowania ładują się w ciągu kilku godzin, podczas gdy prototyp nowej technologii wykazuje niespotykaną prędkość ładowania do jednej minuty.

Wytrzymałość nowych akumulatorów jest szczególnie uderzająca. Żywotność baterii wynosi ponad 7500 cykli ładowania i rozładowania i bez utraty mocy. Autorzy podają, że jest to pierwszy model akumulatorów aluminiowo-jonowych o ultraszybkim ładowaniu i stabilności tysięcy cykli. Typowa bateria litowo-jonowa wytrzymuje tylko 1000 cykli.

Godną uwagi cechą aluminiowej baterii jest jej elastyczność. Baterię można wygiąć, co wskazuje na możliwość jej wykorzystania w elastycznych gadżetach. Ponadto aluminium jest znacznie tańsze niż lit.

Wydaje się obiecujące wykorzystanie takich akumulatorów do magazynowania energii odnawialnej w celu wsparcia jej późniejszego zaopatrzenia w sieci elektryczne, ponieważ według najnowszych naukowców bateria aluminiowa może być ładowana dziesiątki tysięcy razy.

W przeciwieństwie do powszechnie stosowanych elementów AA i AAA o napięciu 1,5 wolta, akumulator aluminiowo-jonowy wytwarza napięcie około 2 woltów. Jest to najwyższy wskaźnik, jaki ktokolwiek osiągnął z aluminium, a w przyszłości wskaźnik ten zostanie poprawiony, twierdzą twórcy nowych baterii.

Osiągnięto gęstość magazynowania energii 40 W-godzin na kilogram baterie litowo-jonowe liczba ta osiąga 206 watów na kilogram. Jednak ulepszenie materiału katodowego, zdaniem profesora Hongji Dai, ostatecznie doprowadzi zarówno do wzrostu napięcia, jak i wzrostu gęstości magazynowania energii w akumulatorach w technologii jonowo-aluminiowej. W każdym razie osiągnięto już szereg korzyści w porównaniu z technologią litowo-jonową. Tutaj niski koszt, w połączeniu z bezpieczeństwem, szybkim ładowaniem, elastycznością i długą żywotnością.