Разработана новая АКБ с электродом из алюминия
Ученые в США разработали алюминиевую АКБ которая демонстрирует лучшую цикличность, чем 99,5%, и может предложить “до 10 000 жизненных циклов”. Включив подложку из углеродных волокон в анодную конструкцию, группа получила лучший контроль над химическими связями, которые образуются по мере зарядки аккумулятора, что привело к значительному улучшению производительности.
Вид на кампус Корнельского университета. Ученые университета разработали новый подход к проектированию алюминиевых АКБ, который показывает некоторые многообещающие результаты.
Имея потенциал для хранения энергии большей емкости, чем современные коммерческие системы накопления энергии, и полагаясь на более дешевые и обильные материалы, алюминиевые аккумуляторы уже давно привлекательны для ученых. Однако вопросы, связанные со сроком хранения и цикличностью, не позволили этому дальше развиваться в коммерческий интерес.
Первые месяцы 2021 года принесли некоторые обнадеживающие разработки в области технологий алюминиевых батарей, а сотрудничество между университетами Китая и США продемонстрировало стабильную, сверхскоростную зарядку алюминиевых батарей. И теперь ученые Корнелльского университета в США демонстрируют дальнейшие разработки с этой технологией.
В своей работе “Регулирование морфологии в анодах алюминиевых и цинковых батарей большой емкости с использованием межфазной связи металл-субстрат”, опубликованной в журнале Nature Energy, группа во главе с Корнеллом демонстрирует батарею с обратимостью 99,8% во время цикла продолжительностью более 3600 часов. “Очень интересной особенностью этой батареи является то, что для анода и катода используются только два элемента – алюминий и углерод – оба они недорогие и экологически чистые”, – сказал ведущий автор статьи Цзинсу Чжэн (Jingxu Zheng). “У них также очень длительный срок службы”.
Используя трехмерную, а не плоскостную архитектуру для электродов батареи, группа смогла более точно контролировать слоистость алюминия по мере циклов батареи. “Мы используем химическую движущую силу, чтобы способствовать равномерному осаждению алюминия в поры архитектуры”, – объяснил Чжэн. “Электрод намного толще и имеет намного более быструю кинетику”.
Группа далее отметила, что алюминий имеет тенденцию реагировать с сепаратором, который разделяет анод и катод, что приводит к выходу из строя батареи, и включает подложку из переплетенного углеродного волокна, которое образует еще более прочную связь с алюминием.
Аналогичный подход может быть применен и к другим материалам, говорят исследователи, и основывается на его более ранней работе с батареями на основе цинка. “Хотя этот принцип поверхностно отличается от наших предыдущих инноваций по стабилизации электродов на основе цинка и литий-металла в батареях, он остается неизменным”, – говорит профессор инженерного факультета Корнелла Линден Арчер. “Проектируя подложки, которые обеспечивают большой потенциал, способствующую интенсивному развития; а беглый, небезопасный рост металлического электрода предотвращается такими силами, как поверхностное натяжение, которое может быть значительным при малых масштабах”.