Ученые разработали твердотельный аккумулятор на основе ионов алюминия — он дешев и экологичен
Практика показывает, что использование литиевых батарей в коммунальных системах хранения энергии может быть опасным. Возникновение пожара внутри них – относительно распространенное явление, с которым потом трудно бороться, но прежде всего они очень дороги, поскольку срок их окупаемости составляет многие годы. Для муниципальных систем хранения энергии необходимы недорогие и экологически чистые решения, и они уже существуют.
Ученые Вэй Ван, Шуцян Цзяо и их коллеги из Американского химического общества (ACS) разработали безопасные и экологически чистые батареи на основе ионов алюминия. В частности, они усовершенствовали алюминиево-ионные аккумуляторы с жидким электролитом, создав твердотельный электролит и избавив перспективные аккумуляторы от «детских болезней».
Предыдущие разработки алюминиево-ионных аккумуляторов с жидким электролитом были ограничены двумя факторами: наиболее распространенным электролитом (жидкий хлорид алюминия) разъедал алюминиевый анод и был очень чувствителен к влаге, что усугубляло коррозию. Учитывая такие характеристики, нельзя ожидать, что этот тип батареи прослужит долго.
Исследователи добавили в электролит соли фторида алюминия. Это сделало электролит пористым, что помогло ионам алюминия двигаться равномерно, а также увеличило проводимость электролита.
Кроме того, когда исследователи создавали свою алюминиево-ионную батарею, они использовали фторэтиленкарбонат в качестве связующего вещества для создания тонкого твердого покрытия на электродах, предотвращая образование кристаллов алюминия, которые ухудшают производительность батареи.
В ходе экспериментов наблюдалось улучшение влагостойкости аккумулятора, а также его физической и температурной стабильности. Кроме того, в новой версии невоспламеняющаяся батарея выдерживает многократные удары острым предметом. Он не повредился даже при нагреве до 200°C. В конечном итоге батарея продемонстрировала чрезвычайно долгий срок службы, выдержав 10 000 циклов зарядки-разрядки с потерей менее 1% своей первоначальной емкости.
Твердый электролит, предложенный для алюминиево-ионного аккумулятора, позволяет промывать и повторно использовать его с небольшой потерей эффективности. Интересно добавить, что это исследование финансировалось Национальным фондом естественных наук Китая, Пекинской программой Nova и междисциплинарным исследовательским проектом для молодых преподавателей Пекинского университета науки и технологий.
