Aluminium batterijen

Bijna dertig jaar zoeken naar manieren om de aluminium-ionbatterij te verbeteren nadert het einde. De eerste batterij met een aluminiumanode, in staat om snel op te laden, terwijl ze goedkoop en duurzaam is, werd ontwikkeld door wetenschappers van Stanford University.

Onderzoekers stellen vol vertrouwen dat hun geesteskind een veilig alternatief zou kunnen worden voor lithium-ionbatterijen, die tegenwoordig overal worden gebruikt, evenals alkalinebatterijen, die schadelijk zijn voor het milieu.

Het is niet overbodig eraan te herinneren dat lithium-ionbatterijen soms ontbranden. Hoogleraar scheikunde Hongji Dai is ervan overtuigd dat zijn nieuwe batterij niet gaat branden, zelfs niet als deze doorboord is. De collega's van professor Day omschrijven de nieuwe batterijen als "ultrasnelle oplaadbare aluminium-ionbatterijen".

Vanwege de lage kosten, brandveiligheid en het vermogen om een ​​aanzienlijke elektrische intensiteit te creëren, heeft aluminium de aandacht van onderzoekers al lang aangetrokken, maar er zijn al vele jaren bezig met het maken van een commercieel levensvatbare aluminium-ionbatterij die voldoende spanning zou kunnen produceren, zelfs na vele laad / ontlaadcycli.

Wetenschappers moesten veel obstakels overwinnen, waaronder: verval van het kathodemateriaal, lage celontladingsspanning (ongeveer 0,55 volt), capaciteitsverlies en onvoldoende levenscyclus (minder dan 100 cycli), snel vermogensverlies (van 26 tot 85 procent na 100) cycli).

Nu hebben wetenschappers een aluminiumbatterij met een hoge stabiliteit geïntroduceerd, waarin ze een metalen anode van aluminium gebruikten in combinatie met een kathode van driedimensionaal grafietschuim. Daarvoor werden veel verschillende materialen voor de kathode geprobeerd en de beslissing ten gunste van grafiet werd per ongeluk gevonden. Wetenschappers van de Hongji Daya-groep hebben verschillende soorten grafietmateriaal geïdentificeerd die een zeer hoge productiviteit vertonen.

In hun experimentele monsters plaatste het Stanford University-team een ​​aluminiumanode, een grafietkathode en een veilige vloeibare ionische elektrolyt, hoofdzakelijk bestaande uit zoutoplossingen, in een flexibele polymeerzak.

Professor Dai en zijn groep hebben een video opgenomen, waaruit bleek dat zelfs als je een shell boort, hun batterijen nog een tijdje blijven werken en niet oplichten.

Een belangrijk voordeel van de nieuwe batterijen is hun ultrasnelle lading. Normaal gesproken worden lithium-ion-smartphonebatterijen binnen enkele uren opgeladen, terwijl het prototype van de nieuwe technologie een ongekende oplaadsnelheid van maximaal één minuut vertoont.

De duurzaamheid van de nieuwe batterijen is bijzonder opvallend. De levensduur van de batterij is meer dan 7500 laad-ontlaadcycli en zonder stroomverlies. De auteurs melden dat dit het eerste model van aluminium-ionbatterijen is, met ultrasnelle lading en stabiliteit van duizenden cycli. Een typische lithium-ionbatterij kan slechts 1000 cycli weerstaan.

Een opvallend kenmerk van de aluminium batterij is de flexibiliteit. De batterij kan worden gebogen, wat het potentieel aangeeft voor gebruik in flexibele gadgets. Bovendien is aluminium veel goedkoper dan lithium.

Het lijkt veelbelovend om dergelijke batterijen te gebruiken voor het opslaan van hernieuwbare energie om het te ondersteunen voor de daaropvolgende levering van elektrische netwerken, omdat volgens de nieuwste wetenschappers een aluminiumbatterij tienduizenden keren kan worden opgeladen.

In tegenstelling tot de veel gebruikte elementen AA en AAA met een spanning van 1,5 volt, genereert een aluminium-ionbatterij een spanning van ongeveer 2 volt. Dit is de hoogste indicator die iemand met aluminium heeft bereikt, en in de toekomst zal deze indicator worden verbeterd, zeggen de ontwikkelaars van nieuwe batterijen.

Een energieopslagdichtheid van 40 W-uur per kilogram werd bereikt, terwijl lithium-ionbatterijen dit cijfer bereikt 206 watt per kilogram. Professor Hongji Dai is ervan overtuigd dat de verbetering van het kathodemateriaal uiteindelijk zal leiden tot zowel een toename van de spanning als een toename van de energieopslagdichtheid in aluminium-ion-technologiebatterijen. In ieder geval zijn al een aantal voordelen ten opzichte van lithium-iontechnologie bereikt. Hier, lage kosten, gecombineerd met veiligheid en snel opladen, flexibiliteit en een lange levensduur.