Aliuminio baterijos

Beveik trisdešimt metų ieškoma būdų, kaip pagerinti aliuminio-jonų akumuliatorių, artėja į pabaigą. Pirmąją bateriją su aliuminio anodu, galinčią greitai įkrauti, nors ji yra nebrangi ir ilgaamžė, sukūrė Stanfordo universiteto mokslininkai.

Tyrėjai užtikrintai teigia, kad jų protų vaikai gali tapti saugia alternatyva ličio jonų baterijoms, naudojamoms visur, taip pat šarminėms baterijoms, kurios yra kenksmingos aplinkai.

Nebus nereikalinga prisiminti, kad ličio jonų akumuliatoriai kartais užsidega. Chemijos profesorius Hongji Dai įsitikinęs, kad naujoji jo baterija neužsidegs, net jei ji būtų išgręžta. Profesoriaus Day kolegos apibūdino naujas baterijas kaip „ypač greitas įkraunamas aliuminio jonų baterijas“.

Dėl mažų sąnaudų, priešgaisrinės saugos ir galimybės sukurti didelį elektros energijos intensyvumą aliuminis ilgą laiką patraukė tyrėjų dėmesį, tačiau per daugelį metų buvo sukurta komerciškai perspektyvi aliuminio jonų baterija, kuri galėtų sukurti pakankamą įtampą net ir po daugelio įkrovimo-iškrovimo ciklų.

Mokslininkams teko įveikti daugybę kliūčių, įskaitant: katodo medžiagos irimą, žemą elementų iškrovos įtampą (apie 0,55 volto), talpos praradimą ir nepakankamą gyvenimo ciklą (mažiau nei 100 ciklų), greitą galios praradimą (nuo 26 iki 85 procentų po 100) ciklai).

Dabar mokslininkai pristatė aukšto stabilumo aliuminio bateriją, kurioje jie panaudojo metalinį aliuminio anodą, suporuotą su trijų matmenų grafito putų katodu. Prieš tai buvo išbandyta daugybė skirtingų katodo medžiagų, sprendimas grafito naudai buvo priimtas atsitiktinai. „Hongji Daya“ grupės mokslininkai nustatė kelių rūšių grafito medžiagas, kurių našumas yra labai didelis.

Į savo eksperimentinius mėginius Stanfordo universiteto komanda į lankstų polimerinį maišelį įdėjo aliuminio anodą, grafito katodą ir saugų skystą joninį elektrolitą, sudarytą daugiausia iš druskos tirpalų.

Profesorius Dai ir jo grupė įrašė vaizdo įrašą, kuriame parodė, kad net ir gręždami apvalkalą, jų baterijos kurį laiką vis tiek veiks ir neužsidegs.

Svarbus naujųjų baterijų pranašumas yra jų greitas įkrovimas. Paprastai ličio jonų išmanieji telefonai įkraunami per kelias valandas, o naujos technologijos prototipas demonstruoja precedento neturintį įkrovimo greitį - iki vienos minutės.

Ypač ryškus yra naujų akumuliatorių patvarumas. Baterijos tarnavimo laikas yra daugiau kaip 7500 įkrovimo ir iškrovimo ciklų ir neprarandama energija. Autoriai praneša, kad tai yra pirmasis aliuminio jonų akumuliatorių modelis, pasižymintis ypač greitu įkrovimu ir stabilumu tūkstančiais ciklų. Įprasta ličio jonų baterija gali atlaikyti tik 1000 ciklų.

Žymus aliuminio akumuliatoriaus bruožas yra jo lankstumas. Baterija gali būti sulenkta, o tai rodo jos panaudojimo galimybes lanksčiose programėlėse. Be to, aliuminis yra daug pigesnis nei ličio.

Panašu, kad tokias baterijas bus žadama naudoti atsinaujinančiai energijai kaupti, kad būtų galima sukurti atsarginę kopiją vėliau teikiant elektros tinklus, nes, naujausių mokslininkų teigimu, aliuminio akumuliatorius gali būti įkraunamas dešimtis tūkstančių kartų.

Priešingai nei masiškai naudojami elementai AA ir AAA, kurių įtampa yra 1,5 volto, aliuminio jonų akumuliatorius sukuria apie 2 voltų įtampą. Tai yra aukščiausias rodiklis, kurį bet kas pasiekė naudodamas aliuminį, ir ateityje šis rodiklis bus tobulinamas, sako naujų baterijų kūrėjai.

Tuo tarpu buvo pasiektas 40 W valandos energijos kaupimo tankis ličio jonų baterijos šis skaičius siekia 206 vatus kilograme. Tačiau profesoriaus Hongji Dai įsitikinimu, patobulinus katodo medžiagą galiausiai padidės įtampa ir padidės energijos kaupimo tankis aliuminio-jonų technologijos akumuliatoriuose. Bet kokiu atveju, palyginti su ličio jonų technologija, jau buvo pasiekta nemažai pranašumų. Čia maža kaina, kartu su saugumu, greitu įkrovimu, lankstumu ir ilgu tarnavimo laiku.