Екологична алуминиева батерия издържа 10 000 цикъла с минимални загуби
Големите батерии за дългосрочно съхранение на слънчева и вятърна енергия са от ключово значение за интегрирането на богатите и възобновяеми енергийни източници в енергийната мрежа на САЩ. Въпреки това липсват безопасни и надеждни технологии за батерии, които да подпомогнат стремежа към устойчива и чиста енергия. Сега изследователи, които са публикували своя доклад в ACS Central Science, са разработили рентабилна и екологична алуминиево-йонна (Al-ion) батерия, която може да отговори на изискванията.
Литиево-йонните (Li-ion) батерии се използват в много от широко разпространената потребителска електроника, включително в електроинструменти и електрически превозни средства. Те са повсеместно разпространени поради високата си енергийна плътност. Но цената на лития е прекалено висока за големите батерийни системи, необходими за съхранение на енергия в комунален мащаб, а запалимостта на литиево-йонните батерии представлява значителен риск за безопасността.
Потенциалните заместители на надеждните дългосрочни системи за съхранение на енергия включват презареждащи се Al-ion батерии. Техният най-разпространен електролит, течен алуминиев хлорид, обаче води до корозия на алуминиевия анод и е силно чувствителен към влага, която засилва корозията. И двата фактора допринасят за слаба стабилност и намаляване на електрическите характеристики с течение на времето. Затова Уей Уанг, Шуцян Дзяо и колегите им искат да създадат подобрена Al-йонна батерия без тези ограничения.
Екипът добавя инертна сол на алуминиев флуорид към електролит, съдържащ Al-йони, превръщайки го в електролит в твърдо състояние. Солта на алуминиевия флуорид има триизмерна пореста структура, която позволява на алуминиевите йони лесно да прескачат през електролита и да увеличават проводимостта. Освен това, когато изследователите конструират своята Al-йонна батерия, те използват флуороетилен карбонат като интерфейсна добавка за създаване на тънко твърдо покритие върху електродите, за да предотвратят образуването на алуминиеви кристали, които влошават състоянието на батерията.
При експериментите устойчивостта на батерията на влага, както и физическата и топлинната ѝ стабилност, са подобрени, което ѝ позволи да издържи на многократни удари с остър предмет и на температури до 200 градуса по Целзий. Твърдотелната Al-йонна батерия има и изключително дълъг живот, до 10 000 цикъла на зареждане и разреждане, като губи по-малко от 1 % от първоначалния си капацитет.
Нещо повече, по-голямата част от алуминиевия флуорид може да бъде възстановена с просто измиване и след това рециклирана в друга батерия с леко намалена производителност. Новата батерия би могла да намали производствените разходи на алуминиево-йонните батерии и да удължи живота им, като по този начин увеличи практичността им.
„Този нов дизайн на Al-ion батерията показва потенциал за дълготрайна, рентабилна и високобезопасна система за съхранение на енергия. Възможността за възстановяване и рециклиране на ключови материали прави технологията по-устойчива“, казва Уанг. Изследователите добавят, че са необходими допълнителни подобрения на енергийната плътност и жизнения цикъл преди батериите да бъдат пуснати на пазара.
Източник: Phys.org