Алуминиеви батерии

Близо тридесет години в търсене на начини за подобряване на алуминиево-йонната батерия наближава своя край. Първата батерия с алуминиев анод, способна бързо да се зарежда, като същевременно е евтина и издръжлива, е разработена от учени от Станфордския университет.

Изследователите уверено заявяват, че техните деца могат да се превърнат в безопасна алтернатива на литиево-йонните батерии, използвани навсякъде днес, както и на алкални батерии, които са вредни за околната среда.

Няма да е излишно да си припомним, че понякога се запалват литиево-йонни батерии. Професорът по химия Хонджи Дай е уверен, че новата му батерия няма да светне, дори ако е пробита. Колегите на професор Дей описаха новите батерии като "свръхбързи акумулаторни алуминиево-йонни батерии".

Поради ниската си цена, пожарната безопасност и способността да създава значителна електрическа интензивност, алуминият отдавна привлича вниманието на изследователите, обаче, много години са преминали в създаването на търговска жизнеспособна алуминиево-йонна батерия, която би могла да произведе достатъчно напрежение дори след много цикли на зареждане-заряд.

Учените трябваше да преодолеят много препятствия, включително: гниене на катодния материал, ниско напрежение на разряд в клетката (около 0,55 волта), загуба на капацитет и недостатъчен жизнен цикъл (по-малко от 100 цикъла), бърза загуба на мощност (от 26 до 85 процента след 100 цикъла).

Сега учените въведоха алуминиева батерия с висока стабилност, в която използваха метален анод, изработен от алуминий, сдвоен с катод от триизмерна графитна пяна. Преди това бяха изпробвани много различни материали за катода и решението в полза на графита беше намерено случайно. Учени от групата Хонджи Дая са идентифицирали няколко вида графитен материал, които показват много висока производителност.

В своите експериментални проби екипът на университета в Станфорд постави алуминиев анод, графитен катод и безопасен течен йонен електролит, състоящ се главно от солни разтвори, в гъвкава полимерна торбичка.

Професор Дай и неговата група записаха видео, в което показаха, че дори да пробиете черупка, батериите им ще продължат да работят известно време и няма да светят.

Важно предимство на новите батерии е свръхбъргото им зареждане. Обикновено литиево-йонните батерии за смартфони се презареждат за няколко часа, докато прототипът на новата технология демонстрира безпрецедентна скорост на зареждане до една минута.

Издръжливостта на новите батерии е особено поразителна. Животът на батерията е повече от 7500 цикъла на зареждане-заряд и без загуба на енергия. Авторите съобщават, че това е първият модел алуминиево-йонни батерии, с ултра бързо зареждане и стабилност на хиляди цикли. Типичната литиево-йонна батерия може да издържи само 1000 цикъла.

Забележителна характеристика на алуминиевата батерия е нейната гъвкавост. Батерията може да бъде огъната, което показва потенциала за използването й в гъвкави джаджи. В допълнение, алуминият е много по-евтин от лития.

Изглежда обещаващо използването на такива батерии за съхранение на възобновяема енергия с оглед да ги подкрепят за последващо предоставяне на електрически мрежи, тъй като според най-новите учени алуминиева батерия може да се зарежда десетки хиляди пъти.

Противно на широко използваните елементи AA и AAA с напрежение 1,5 волта, алуминиево-йонна батерия генерира напрежение от около 2 волта. Това е най-високият показател, който всеки е постигнал с алуминия и в бъдеще този показател ще бъде подобрен, казват разработчиците на нови батерии.

Постигната е плътност на съхранение на енергия от 40 W-час на килограм, докато литиево-йонни батерии тази цифра достига 206 вата на килограм. Въпреки това, подобряването на катодния материал, професор Хонджи Дай е сигурен, в крайна сметка ще доведе както до повишаване на напрежението, така и до увеличаване на плътността на съхранение на енергия в батерии с технология алуминиево-йонни. Във всеки случай вече са постигнати редица предимства пред литиево-йонната технология. Тук ниска цена, съчетана с безопасност и високоскоростно зареждане, гъвкавост и дълъг експлоатационен живот.