Aluminiumbatterier

Nästan trettio år med att leta efter sätt att förbättra aluminiumjonbatteriet närmar sig slutet. Det första batteriet med en aluminiumanod, som snabbt kan laddas, samtidigt som det är billigt och hållbart, utvecklades av forskare från Stanford University.

Forskare säger med tillförsikt att deras hjärnbarn mycket väl kan bli ett säkert alternativ till litiumjonbatterier, som används överallt idag, liksom alkaliska batterier, som är miljöskadliga.

Det kommer inte att vara överflödigt att komma ihåg att litiumjonbatterier ibland antänds. Kemiprofessor Hongji Dai är övertygad om att hans nya batteri inte tänds, även om det borras igenom. Professor Dags kollegor beskrev de nya batterierna som "ultra-snabba uppladdningsbara aluminium-jon-batterier."

På grund av dess låga kostnader, brandsäkerhet och förmågan att skapa betydande elektrisk intensitet har aluminium länge lockat forskarnas uppmärksamhet, men många år har gått till att skapa ett kommersiellt hållbart aluminiumjonbatteri som skulle kunna producera tillräcklig spänning även efter många laddningsladdningscykler.

Forskare var tvungna att övervinna många hinder, inklusive: förfall av katodmaterialet, låg cellutladdningsspänning (cirka 0,55 volt), kapacitetsförlust och otillräcklig livscykel (mindre än 100 cykler), snabb effektförlust (från 26 till 85 procent efter 100 cykler).

Nu har forskare infört ett aluminiumbatteri med hög stabilitet, där de använde en metallanod tillverkad av aluminium ihopkopplad med en katod av tredimensionellt grafitskum. Före detta testades många olika material för katoden, och beslutet till förmån för grafit hittades av misstag. Forskare från Hongji Daya-gruppen har identifierat flera typer av grafitmaterial som visar mycket hög produktivitet.

I sina experimentprover placerade Stanford University-teamet en aluminiumanod, en grafitkatod och en säker flytande jonisk elektrolyt, huvudsakligen bestående av saltlösningar, i en flexibel polymerpåse.

Professor Dai och hans grupp spelade in en video, som visade att även om du borrar ett skal, kommer batterierna fortfarande att fungera ett tag och kommer inte att tändas.

En viktig fördel med de nya batterierna är deras ultrasnabba laddning. Vanligtvis laddar litiumjon-smarttelefonbatterier på några timmar medan prototypen för den nya tekniken visar en enastående laddningshastighet på upp till en minut.

De nya batteriernas hållbarhet är särskilt slående. Batteriets livslängd är mer än 7500 laddningsladdningscykler och utan strömförlust. Författarna rapporterar att detta är den första modellen av aluminiumjonbatterier, med ultra-snabb laddning och stabilitet på tusentals cykler. Ett typiskt litiumjonbatteri tål endast 1000 cykler.

En anmärkningsvärd egenskap hos aluminiumbatteriet är dess flexibilitet. Batteriet kan böjas, vilket indikerar potentialen för användning i flexibla prylar. Dessutom är aluminium mycket billigare än litium.

Det verkar lovande att använda sådana batterier för att lagra förnybar energi i syfte att säkerhetskopiera den för efterföljande tillhandahållande av elektriska nät, eftersom enligt de senaste forskarna kan ett aluminiumbatteri laddas tiotusentals gånger.

Till skillnad från de allmänt använda elementen AA och AAA med en spänning på 1,5 volt genererar ett aluminiumjonbatteri en spänning på cirka 2 volt. Detta är den högsta indikatorn någon har uppnått med aluminium, och i framtiden kommer denna indikator att förbättras, säger utvecklarna av nya batterier.

En energilagringstäthet på 40 W-timme per kilogram uppnåddes medan litiumjonbatterier denna siffra når 206 watt per kilogram. Men förbättringen av katodmaterialet, som professor Hongji Dai är säker på, kommer i slutändan att leda till både en ökad spänning och en ökning av energilagringstätheten i aluminium-jon-teknikbatterier. I vilket fall som helst har ett antal fördelar jämfört med litiumjonteknologi redan uppnåtts. Här låg kostnad, i kombination med säkerhet och snabbladdning, flexibilitet och lång livslängd.