Hliníkové batérie

Takmer tridsať rokov hľadania spôsobov, ako vylepšiť hliníkovú iónovú batériu, sa blíži ku koncu. Prvá batéria s hliníkovou anódou, ktorá sa dokáže rýchlo nabíjať, je lacná a trvácna, bola vyvinutá vedcami zo Stanfordskej univerzity.

Vedci s istotou tvrdia, že ich intelektuál sa môže stať bezpečnou alternatívou k lítium-iónovým batériám, ktoré sa dnes používajú všade, ako aj k alkalickým batériám, ktoré sú škodlivé pre životné prostredie.

Nie je zbytočné pripomínať si, že lítium-iónové batérie sa niekedy vznietia. Profesor chémie Hongji Dai je presvedčený, že jeho nová batéria sa nerozsvieti, a to ani v prípade, že je vybitá. Kolegovia profesora Day opísali nové batérie ako „ultrarýchle dobíjateľné hliníkové iónové batérie“.

Kvôli nízkym nákladom, požiarnej bezpečnosti a schopnosti vytvárať významnú elektrickú intenzitu, hliník už dlho priťahuje pozornosť vedcov, mnoho rokov sa však venovalo vytvoreniu komerčne životaschopnej hliníkovo-iónovej batérie, ktorá by mohla produkovať dostatočné napätie aj po mnohých cykloch nabíjania a vybíjania.

Vedci museli prekonať mnoho prekážok vrátane: rozkladu katódového materiálu, nízkeho vybíjacieho napätia buniek (približne 0,55 voltov), ​​straty kapacity a nedostatočného životného cyklu (menej ako 100 cyklov), rýchlej straty energie (od 26 do 85 percent po 100 cyklov).

Vedci teraz predstavili hliníkovú batériu s vysokou stabilitou, pri ktorej používali kovovú anódu vyrobenú z hliníka spárovanú s katódou trojrozmernej grafitovej peny. Predtým sa vyskúšalo veľa rôznych materiálov pre katódu a rozhodnutie v prospech grafitu bolo nájdené náhodou. Vedci zo skupiny Hongji Daya identifikovali niekoľko druhov grafitových materiálov, ktoré vykazujú veľmi vysokú produktivitu.

Tím Stanfordskej univerzity vo svojich experimentálnych vzorkách umiestnil do flexibilného polymérového vaku hliníkovú anódu, grafitovú katódu a bezpečný kvapalný iónový elektrolyt, pozostávajúci hlavne zo soľných roztokov.

Profesor Dai a jeho skupina natočili video, ktoré ukázalo, že aj keď vŕtate škrupinu, ich batérie budú ešte chvíľu pracovať a nerozsvietia sa.

Dôležitou výhodou nových batérií je veľmi rýchle nabíjanie. Lítium-iónové batérie smartphonu sa zvyčajne dobíjajú v priebehu niekoľkých hodín, zatiaľ čo prototyp novej technológie vykazuje nebývalú rýchlosť nabíjania až jednu minútu.

Životnosť nových batérií je mimoriadne pozoruhodná. Životnosť batérie je viac ako 7500 cyklov nabíjania a vybíjania a bez straty energie. Autori uvádzajú, že ide o prvý model hliníkových iónových batérií s ultrarýchlym nabíjaním a stabilitou tisícok cyklov. Typická lítium-iónová batéria vydrží len 1 000 cyklov.

Pozoruhodnou vlastnosťou hliníkovej batérie je jej flexibilita. Batériu je možné ohnúť, čo naznačuje potenciál jej použitia vo flexibilných pomôckach. Okrem toho je hliník oveľa lacnejší ako lítium.

Zdá sa sľubné používať takéto batérie na uchovávanie obnoviteľnej energie s cieľom ich zálohovania na následné zabezpečenie elektrických sietí, pretože podľa najnovších vedcov sa hliníková batéria môže nabíjať desaťtisíce krát.

Na rozdiel od bežne používaných prvkov AA a AAA s napätím 1,5 voltu, hliník-iónová batéria generuje napätie asi 2 volty. Ide o najvyšší ukazovateľ, ktorý hliník dosiahol, a do budúcnosti sa tento ukazovateľ zlepší, informujú vývojári nových batérií.

Dosiahla sa pritom hustota akumulácie energie 40 W-hodina na kilogram lítium-iónové batérie toto číslo dosahuje 206 wattov na kilogram. Profesor Hongji Dai je však presvedčený, že zlepšenie materiálu katódy vedie v konečnom dôsledku k zvýšeniu napätia a zvýšeniu hustoty akumulácie energie v batériách s technológiou hliník-ión. V každom prípade sa už dosiahlo množstvo výhod oproti lítium-iónovej technológii. Nízke náklady v spojení s bezpečnosťou a vysokorýchlostným nabíjaním, flexibilita a dlhá životnosť.