Olcsó, nagy kapacitású és gyors: az új alumínium akkumulátor technológia mindent ígér

Aurich Lawson | Getty Images

Az új technológia klasszikus iróniája, hogy a felhasználók kénytelenek a három közül kettőre korlátozni magukat: gyors, olcsó és jó. Amikor a technológia akkumulátoros, az elfogadás még nagyobb kihívást jelent. Az olcsó és gyors (töltés) továbbra is fontos, de a “jó” különböző dolgokat jelenthet, például könnyű súlyt, kis térfogatot vagy hosszú élettartamot az Ön igényeitől függően. Mégis vannak ilyen típusú kompromisszumok. Ha nagyon gyorsan szeretne tölteni, valószínűleg fel kell áldoznia a kapacitást.

Ezek a kompromisszumok tovább folytatják az alternatív akkumulátorkémia kutatását, annak ellenére, hogy az ólom-lítium technológiai és gyártási képességeit tekintve hatalmas mennyiségben van jelen – még mindig van remény arra, hogy egy másik kémia jelentős áresést vagy nagy teljesítménynövekedést eredményezhet.

Ma jelent meg egy papír, amely úgy tűnik, alacsony árat kínál néhány intézkedés nagy lendületével párosulva. Az általa ismertetett alumínium-kén akkumulátorok alacsony árú nyersanyagokat, versenyképes méreteket és nagyobb tömegű kapacitást kínálnak, mint a lítium-ion – azzal a nagy előnnyel, hogy a cellákat sokkal kevesebb, mint egy perc alatt teljesen feltöltik. Az egyetlen nyilvánvaló probléma most az, hogy 90 °C-nak kell lennie (majdnem a víz forráspontja), hogy működjön.

Lehet alumínium?

Az emberek egy ideje gondolkodnak az alumínium alapú akkumulátorokon, nagy elméleti kapacitásuk vonzza őket. Bár minden alumíniumatom valamivel nehezebb, mint a lítium, az alumíniumatomok és -ionok fizikailag kisebbek, mivel az atommag magasabb pozitív töltése egy kicsit befelé húzza az elektronokat. Ráadásul az alumínium könnyedén bocsát ki atomonként akár három elektront is, ami azt jelenti, hogy minden érintett ionhoz sok töltést lehet eltolni.

Az egyik nagy probléma az volt, hogy kémiailag az alumínium szívás. Sok alumíniumvegyület nagyon nem oldódik vízben, oxidjaik rendkívül stabilak, és így tovább – könnyen előfordulhat, hogy néhány töltési/kisütési ciklus után valami kisebb mellékreakcióként megbénítja az akkumulátort. Így a munka előrehaladtával a magas elméleti képességek gyakran úgy tűntek, mint ami soha nem valósulna meg a gyakorlatban.

Az új munka kulcsa az volt, hogy felismertük, hogy az egyik nagy problémát az alumínium fémelektróda készítésével már megoldottuk – ezt most egy teljesen más területen tettük meg. A tiszta fémelektródák nagymértékben növelik az egyszerűséget és a térfogatot, mivel nincs valódi kémia, és nincs szükség további anyagokra a fémionok csatlakoztatásához. A fém azonban hajlamos egyenetlenül lerakódni az akkumulátorelektródákon, és végül dendriteknek nevezett tüskék keletkeznek, amelyek addig nőnek, amíg meg nem károsítják az akkumulátor más alkatrészeit, vagy teljesen le nem zárják a cellát. Így nagy akadályt jelentett kitalálni, hogyan lehet egyenletesen lerakni a fémet.

Egy fontos felismerés itt, hogy már tudjuk, hogyan lehet egyenletesen leválasztani az alumíniumot. Mindig ezt tesszük, ha alumíniumot akarunk galvanizálni egy másik fémre.

Ezt gyakran olvadt alumínium-klorid-sóval végzik. Az olvadt són belül az alumínium- és klórionok hajlamosak váltakozó atomokból álló hosszú láncok kialakítására. Amikor alumíniumot raknak le egy felületre, az hajlamos leszakadni ezeknek a láncoknak a közepéről, és a lánc többi részének fizikai nagy része ezt könnyebbé teszi sík felületen.

Az olvadt són belül az alumíniumionok is gyorsan mozoghatnak egyik elektródáról a másikra. A nagy probléma az, hogy az alumínium-klorid csak 192 °C-on olvad meg. De egy kis nátrium-klorid és kálium-klorid összekeverésével 90 °C-ra emelkedett – a víz forráspontja alá, és kompatibilis a további anyagok széles körével.

Sós szendvics

Ez adta a kutatóknak az akkumulátor kétharmadát. Az egyik elektróda fém alumínium, az elektrolit pedig a folyékony alumínium-klorid volt. Így marad egy második azonosítandó elektróda. Számos példa volt arra, hogy az alumíniumot kémiai vegyületként tárolják a periódusos rendszerben oxigén alatti elemekkel, például kénnel vagy szelénnel. Képalkotási célokra a csapat szelénnel dolgozott, kísérleti akkumulátorcellát hoztak létre, és megerősítették, hogy az a vártnak megfelelően viselkedik.

Az alumíniumról készült képalkotás azt mutatta, hogy több töltési és kisütési ciklus után a felület enyhén szögletes volt, de nem tűntek fel nagy vagy hegyes nyúlványok, amelyek károsíthatnák az akkumulátort. Úgy tűnt, hogy a szelénelektródánál a reakciók az olvadt sóban kezdődtek, mielőtt az elektród felületén véget értek. Összességében a cella stabil teljesítményt mutatott több tíz cikluson keresztül, és azt a fajta nagy tömegű kapacitást, amelyet az alumíniumnak kínálnia kell. Így a csapat hozzálátott a valóban érdekelt cellák megépítéséhez és teszteléséhez: az alumínium kén.

Alacsony kisütési sebesség mellett az alumínium-kén cellák töltési kapacitása több mint háromszorosa a lítium-ion akkumulátorokénak. Ez a szám csökkent a töltési/kisütési sebesség növekedésével, de a teljesítmény kiváló maradt. Ha a cellát több mint két órán keresztül lemerítették, és mindössze hat perc alatt feltöltötték, akkor is 25 százalékkal nagyobb volt a töltési kapacitása, mint a lítium-ion akkumulátoroké, és 500 ciklus után ennek körülbelül 80 százalékát megtartotta. kapacitás – sokkal több, mint amire számítana. d lásd a legtöbb lítium kémiával.

Ha a töltési időt valamivel több mint egy percre csökkenti, a kapacitás tömegben nagyjából megegyezett egy lítium-ion akkumulátor kapacitásával, és 200 ciklus után ennek a kapacitásnak több mint 80 százaléka még mindig elérhető volt. Valójában az akkumulátorcella kevesebb, mint 20 másodperc alatt bírja a teljes feltöltést, bár a súlyonkénti kapacitás csak valamivel több, mint a fele annak, amit lítium-ionból kapna.

Leave a Comment

%d bloggers like this: