Использование технологии алюминиевых аккумуляторов может дать несколько преимуществ, в том числе высокую теоретическую плотность энергии и тот факт, что уже существует устоявшаяся промышленность по их производству и переработке. По сравнению с сегодняшними литий-ионными аккумуляторами новая концепция исследователей может привести к заметно более низким производственным затратам.
«Материальные затраты и воздействие на окружающую среду, которые мы предполагаем от нашей новой концепции, намного ниже, чем то, что мы видим сегодня, что делает их пригодными для крупномасштабного использования, например, в парках солнечных батарей или хранении энергии ветра», – говорит Патрик Йоханссон. , Профессор кафедры физики Чалмерса.
«Кроме того, наша новая концепция батарей имеет вдвое большую плотность энергии по сравнению с алюминиевыми батареями, которые сегодня являются« самыми современными »."
Предыдущие конструкции алюминиевых батарей использовали алюминий в качестве анода (отрицательный электрод) и графит в качестве катода (положительный электрод). Но графит обеспечивает слишком низкое энергосодержание для создания аккумуляторных элементов с достаточной производительностью, чтобы быть полезными.
Но в новой концепции, представленной Патриком Йоханссоном и Чалмерсом вместе с исследовательской группой в Любляне под руководством Роберта Доминко, графит был заменен органическим наноструктурированным катодом, изготовленным из молекулы антрахинона на основе углерода.
Антрахиноновый катод был широко разработан Яном Битенцем, ранее приглашенным исследователем в Chalmers из группы Национального института химии в Словении.
Преимущество этой органической молекулы в материале катода состоит в том, что она позволяет накапливать положительные носители заряда из электролита, раствора, в котором ионы перемещаются между электродами, что делает возможным более высокую плотность энергии в батарее.
«Поскольку новый катодный материал позволяет использовать более подходящий носитель заряда, батареи могут лучше использовать потенциал алюминия. Теперь мы продолжаем поиски еще лучшего электролита.
Текущая версия содержит хлор – мы хотим от него избавиться », – говорит исследователь Chalmers Никлас Линдал, изучающий внутренние механизмы, управляющие хранением энергии.
Пока нет доступных в продаже алюминиевых батарей, и даже в исследовательском мире они относительно новые. Вопрос в том, смогут ли алюминиевые батареи со временем заменить литий-ионные батареи.
"Конечно, мы надеемся, что они смогут.
Но, прежде всего, они могут дополнять друг друга, гарантируя, что литий-ионные батареи используются только в случае крайней необходимости. Пока плотность энергии алюминиевых батарей вдвое меньше, чем у литий-ионных батарей, но наша долгосрочная цель – добиться такой же плотности энергии.
Еще предстоит работа с электролитом и разработкой более совершенных механизмов зарядки, но алюминий в принципе является значительно лучшим носителем заряда, чем литий, поскольку он многовалентен, а это означает, что каждый ион “ компенсирует ” несколько электронов. Кроме того, батареи могут быть значительно менее вредными для окружающей среды », – говорит Патрик Йоханссон.