Ученые нашли возможность использовать более экологически чистые батареи
Новая концепция для алюминиевой батареи имеет удвоенную плотность энергии по сравнению с предыдущими версиями, изготовлена из большого количества материалов и может привести к снижению производственных затрат и воздействию на окружающую среду. Идея имеет потенциал для крупномасштабных применений, включая хранение солнечной и ветровой энергии
Использование технологии алюминиевых аккумуляторов может предложить несколько преимуществ, в том числе высокую теоретическую плотность энергии и тот факт, что уже существует устоявшаяся отрасль производства и переработки. По сравнению с современными литий-ионными батареями новая концепция исследователей может привести к заметному снижению производственных затрат.
«Материальные затраты и воздействие на окружающую среду, которые мы ожидаем от нашей новой концепции, намного ниже, чем то, что мы видим сегодня, что делает их пригодными для крупномасштабного использования, такого как, например, парки солнечных батарей или хранение энергии ветра», - говорит Патрик Йоханссон, Профессор кафедры физики в Чалмерсе. «Кроме того, наша новая концепция батарей имеет удвоенную плотность энергии по сравнению с алюминиевыми батареями, которые сегодня являются "современными"».
В предыдущих разработках для алюминиевых батарей алюминий использовался в качестве анода (отрицательный электрод), а графит - в качестве катода (положительный электрод). Но графит обеспечивает слишком низкое энергопотребление для создания элементов батареи с достаточной производительностью, чтобы быть полезным.
Но в новой концепции, представленной Патриком Йоханссоном и Чалмерсом, вместе с исследовательской группой в Любляне, возглавляемой Робертом Доминко, графит был заменен органическим наноструктурированным катодом, изготовленным из молекулы на основе углерода антрахинона.
Катод антрахинона был экстенсивно разработан Яном Битенком, ранее приглашенным исследователем в Chalmers из группы в Национальном институте химии в Словении.
Преимущество этой органической молекулы в катодном материале состоит в том, что она позволяет хранить 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. Сейчас мы продолжаем работу, ища еще лучший электролит. Текущая версия содержит хлор - мы хотим избавиться от этого», - говорит исследователь Чалмерс Никлас Линдал, который изучает внутренние механизмы, управляющие накоплением энергии.
Вопрос в том, могут ли алюминиевые батареи в конечном итоге заменить литий-ионные батареи, пишет ScienceDaily.
«Конечно, мы надеемся, что они могут. Но, прежде всего, они могут быть взаимодополняющими, гарантируя, что литий-ионные батареи используются только там, где это строго необходимо. Пока что алюминиевые батареи обладают вдвое меньшей плотностью энергии, чем литий-ионные батареи, но нашей долгосрочной целью является достижение такой же плотности энергии. Остается работать с электролитом и с разработкой более совершенных механизмов зарядки, но в принципе алюминий является гораздо лучшим носителем заряда, чем литий, так как он многовалентный - что означает каждый ион «компенсирует» несколько электронов. Кроме того, у батарей есть потенциал, чтобы быть значительно менее вредным для окружающей среды», - говорит Патрик Йоханссон.