Aluminiumbatterien

Fast dreißig Jahre der Suche nach Möglichkeiten zur Verbesserung der Aluminiumionenbatterie nähern sich ihrem Ende. Die erste Batterie mit einer Aluminiumanode, die schnell aufgeladen werden kann, aber kostengünstig und langlebig ist, wurde von Wissenschaftlern der Stanford University entwickelt.

Die Forscher sind zuversichtlich, dass ihre Idee eine sichere Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien sein könnte, die heute überall verwendet werden, sowie zu Alkalibatterien, die umweltschädlich sind.

Es ist nicht überflüssig, sich daran zu erinnern, dass sich Lithium-Ionen-Batterien manchmal entzünden. Chemieprofessor Hongji Dai ist zuversichtlich, dass seine neue Batterie nicht aufleuchtet, selbst wenn sie durchgebohrt wird. Die Kollegen von Professor Day beschrieben die neuen Batterien als „ultraschnelle wiederaufladbare Aluminiumionenbatterien“.

Aufgrund seiner geringen Kosten, seines Brandschutzes und der Fähigkeit, eine erhebliche elektrische Intensität zu erzeugen, hat Aluminium seit langem die Aufmerksamkeit der Forscher auf sich gezogen. Viele Jahre wurden jedoch in die Entwicklung einer kommerziell realisierbaren Aluminiumionenbatterie investiert, die auch nach vielen Lade- / Entladezyklen eine ausreichende Spannung erzeugen kann.

Die Wissenschaftler mussten viele Hindernisse überwinden, darunter: Zerfall des Kathodenmaterials, niedrige Zellenentladungsspannung (ca. 0,55 Volt), Kapazitätsverlust und unzureichender Lebenszyklus (weniger als 100 Zyklen), schneller Leistungsverlust (von 26 auf 85 Prozent nach 100) Zyklen).

Jetzt haben Wissenschaftler eine Aluminiumbatterie mit hoher Stabilität eingeführt, bei der sie eine Metallanode aus Aluminium in Kombination mit einer Kathode aus dreidimensionalem Graphitschaum verwendeten. Zuvor wurden viele verschiedene Materialien für die Kathode ausprobiert, und die Entscheidung für Graphit wurde zufällig getroffen. Wissenschaftler der Hongji Daya-Gruppe haben verschiedene Arten von Graphitmaterial identifiziert, die eine sehr hohe Produktivität aufweisen.

In ihren experimentellen Proben platzierte das Team der Stanford University eine Aluminiumanode, eine Graphitkathode und einen sicheren flüssigen ionischen Elektrolyten, der hauptsächlich aus Salzlösungen bestand, in einem flexiblen Polymerbeutel.

Professor Dai und seine Gruppe haben ein Video aufgenommen, in dem sie zeigten, dass ihre Batterien auch dann noch eine Weile funktionieren und nicht aufleuchten, wenn sie eine Granate bohren.

Ein wichtiger Vorteil der neuen Batterien ist ihre ultraschnelle Ladung. In der Regel werden Lithium-Ionen-Smartphones innerhalb weniger Stunden aufgeladen, während der Prototyp der neuen Technologie eine beispiellose Ladegeschwindigkeit von bis zu einer Minute aufweist.

Besonders auffällig ist die Langlebigkeit der neuen Batterien. Die Batterielebensdauer beträgt mehr als 7500 Lade- / Entladezyklen und ohne Stromausfall. Die Autoren berichten, dass dies das erste Modell von Aluminiumionenbatterien ist, das ultraschnell aufgeladen und in Tausenden von Zyklen stabil ist. Ein typischer Lithium-Ionen-Akku hält nur 1000 Zyklen aus.

Ein bemerkenswertes Merkmal der Aluminiumbatterie ist ihre Flexibilität. Der Akku kann verbogen werden, was auf die Verwendung in flexiblen Geräten hinweist. Darüber hinaus ist Aluminium viel billiger als Lithium.

Es erscheint vielversprechend, solche Batterien zur Speicherung erneuerbarer Energien zu verwenden, um sie für die spätere Bereitstellung von Stromnetzen zu sichern, da eine Aluminiumbatterie nach neuesten Daten von Wissenschaftlern zehntausende Male aufgeladen werden kann.

Im Gegensatz zu den massenverwendeten Elementen AA und AAA mit einer Spannung von 1,5 Volt erzeugt eine Aluminiumionenbatterie eine Spannung von etwa 2 Volt. Dies ist der höchste Indikator, den jemals jemand mit Aluminium erreicht hat, und in Zukunft wird dieser Indikator verbessert, sagen die Entwickler neuer Batterien.

Dabei wurde eine Energiespeicherdichte von 40 W-Stunden pro Kilogramm erreicht Lithium-Ionen-Batterien diese Zahl erreicht 206 Watt pro Kilogramm. Professor Hongji Dai ist jedoch zuversichtlich, dass die Verbesserung des Kathodenmaterials letztendlich sowohl zu einer Erhöhung der Spannung als auch zu einer Erhöhung der Energiespeicherdichte in Batterien mit Aluminiumionentechnologie führen wird. In jedem Fall wurde bereits eine Reihe von Vorteilen gegenüber der Lithium-Ionen-Technologie erzielt. Hier niedrige Kosten, kombiniert mit Sicherheit und schnellem Laden, Flexibilität und einer langen Lebensdauer.