Μπαταρίες αλουμινίου

Σχεδόν τριάντα χρόνια που αναζητούν τρόπους βελτίωσης της μπαταρίας ιόντων αργιλίου πλησιάζει στο τέλος της. Η πρώτη μπαταρία με ανόδου από αλουμίνιο, ικανή να φορτίζει γρήγορα, ενώ είναι φθηνή και ανθεκτική, αναπτύχθηκε από επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ.

Οι ερευνητές βεβαιώνουν ότι το πνευματικό τους παιδί θα μπορούσε να γίνει μια ασφαλής εναλλακτική λύση στις μπαταρίες ιόντων λιθίου που χρησιμοποιούνται παντού σήμερα, καθώς και οι αλκαλικές μπαταρίες που είναι επιβλαβείς για το περιβάλλον.

Δεν θα ήταν περιττό να θυμηθούμε ότι ορισμένες φορές οι μπαταρίες ιόντων λιθίου ανάβουν. Ο καθηγητής της χημείας Hongji Dai είναι σίγουρος ότι η νέα του μπαταρία δεν θα ανάψει, ακόμα κι αν είναι διάτρητη. Οι συνάδελφοι της καθηγήτριας ημέρας περιέγραψαν τις νέες μπαταρίες ως "εξαιρετικά γρήγορες επαναφορτιζόμενες μπαταρίες ιόντων αργιλίου".

Λόγω του χαμηλού κόστους, της πυρασφάλειας και της δυνατότητας δημιουργίας σημαντικής ηλεκτρικής έντασης, το αλουμίνιο έχει προσελκύσει πολύ την προσοχή των ερευνητών, αλλά πολλά χρόνια έχουν δημιουργήσει μια εμπορικά βιώσιμη μπαταρία ιόντων αργιλίου που θα μπορούσε να παράγει επαρκή τάση ακόμη και μετά από πολλούς κύκλους φόρτισης-εκκενώσεως.

Οι επιστήμονες χρειάστηκε να ξεπεράσουν πολλά εμπόδια, όπως: φθορά του υλικού καθόδου, χαμηλή τάση εκκένωσης (περίπου 0,55 βολτ), απώλεια χωρητικότητας και ανεπαρκής κύκλος ζωής (λιγότερο από 100 κύκλοι), γρήγορη απώλεια ισχύος (από 26 έως 85% κύκλοι).

Τώρα, οι επιστήμονες έχουν εισαγάγει μια μπαταρία αλουμινίου με μεγάλη σταθερότητα, στην οποία χρησιμοποίησαν μια μεταλλική άνοδο αλουμινίου σε συνδυασμό με μια κάθοδο τρισδιάστατου αφρού γραφίτη. Πριν από αυτό, δοκιμάστηκαν πολλά διαφορετικά υλικά για την κάθοδο και η απόφαση υπέρ του γραφίτη βρέθηκε τυχαία. Οι επιστήμονες από την ομάδα Hongji Daya έχουν εντοπίσει διάφορους τύπους υλικών γραφίτη που παρουσιάζουν πολύ υψηλή παραγωγικότητα.

Στα πειραματικά τους δείγματα, η ομάδα του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ τοποθετούσε μια ανόδου από αλουμίνιο, μια κάθοδο γραφίτη και έναν ασφαλή υγρό ιονικό ηλεκτρολύτη, που αποτελούταν κυρίως από διαλύματα αλατιού, σε εύκαμπτο πολυμερή σάκο.

Ο καθηγητής Dai και η ομάδα του κατέγραψαν ένα βίντεο όπου έδειξαν ότι ακόμα κι αν τρυπάνι ένα κέλυφος, οι μπαταρίες τους θα συνεχίσουν να εργάζονται για λίγο και δεν θα ανάψουν.

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα των νέων μπαταριών είναι η εξαιρετικά γρήγορη φόρτιση. Τυπικά, τα smartphones ιόντων λιθίου επαναφορτίζονται μέσα σε λίγες ώρες, ενώ το πρωτότυπο της νέας τεχνολογίας αποδεικνύει μια άνευ προηγουμένου ταχύτητα φόρτισης έως και ένα λεπτό.

Η ανθεκτικότητα των νέων μπαταριών είναι ιδιαίτερα εντυπωσιακή. Η διάρκεια ζωής της μπαταρίας υπερβαίνει τους 7500 κύκλους φόρτισης και χωρίς απώλεια ισχύος. Οι συγγραφείς αναφέρουν ότι πρόκειται για το πρώτο μοντέλο μπαταριών ιόντων αργιλίου, με εξαιρετικά γρήγορη φόρτιση και σταθερότητα σε χιλιάδες κύκλους. Μια τυπική μπαταρία ιόντων λιθίου μπορεί να αντέξει μόνο 1000 κύκλους.

Ένα αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό της μπαταρίας αλουμινίου είναι η ευελιξία της. Η μπαταρία μπορεί να λυγίσει, γεγονός που δείχνει τη δυνατότητα χρήσης της σε εύκαμπτα gadgets. Επιπλέον, το αλουμίνιο είναι πολύ φθηνότερο από το λίθιο.

Φαίνεται να υποσχόμαστε να χρησιμοποιήσουμε τέτοιες μπαταρίες για την αποθήκευση ανανεώσιμης ενέργειας με σκοπό να την υποστηρίξουμε για την επακόλουθη παροχή ηλεκτρικών δικτύων, καθώς σύμφωνα με τα τελευταία στοιχεία των επιστημόνων, μια μπαταρία αλουμινίου μπορεί να φορτιστεί δεκάδες χιλιάδες φορές.

Σε αντίθεση με τα μαζικά χρησιμοποιούμενα στοιχεία ΑΑ και ΑΑΑ με τάση 1.5 βολτ, μια μπαταρία ιόντων αργιλίου παράγει μια τάση περίπου 2 βολτ. Αυτός είναι ο υψηλότερος δείκτης που έχει επιτύχει κάποιος με το αλουμίνιο και στο μέλλον ο δείκτης αυτός θα βελτιωθεί, λένε οι προγραμματιστές των νέων μπαταριών.

Έχει επιτευχθεί πυκνότητα αποθήκευσης ενέργειας 40 W / ώρα ανά χιλιόγραμμο, ενώ μπαταρίες ιόντων λιθίου ο αριθμός αυτός φθάνει τα 206 watt ανά χιλιόγραμμο. Ωστόσο, η βελτίωση του υλικού καθόδου, ο καθηγητής Hongji Dai είναι βέβαιο ότι τελικά θα οδηγήσει τόσο στην αύξηση της τάσης όσο και στην αύξηση της πυκνότητας αποθήκευσης ενέργειας στις μπαταρίες τεχνολογίας αλουμινίου-ιόντων. Σε κάθε περίπτωση, έχουν ήδη επιτευχθεί ορισμένα πλεονεκτήματα σε σχέση με την τεχνολογία ιόντων λιθίου. Εδώ, το χαμηλό κόστος, σε συνδυασμό με την ασφάλεια, τη φόρτιση υψηλής ταχύτητας, την ευελιξία και τη μεγάλη διάρκεια ζωής.