Хранилище энергии: экологичная алюминиевая батарея рассчитана на 10 000 циклов

В мире среди прочих технологических целей активно обсуждают потребность в создании хранилищ для энергии солнца и ветра. Крупногабаритные аккумуляторы для долгосрочного накопления позволили бы включить возобновляемые источники в энергосистемы развитых стран.

Исследователи из Китая опубликовали в издании ACS Central Science статью о том, что разработали экономически эффективную и экологически чистую алюминиево-ионную (Al-ion) батарею подходящего качества.

Широко распространённые литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы служат во многих изделиях бытовой электроники, в том числе в электроинструментах и электромобилях. Они популярны у производителей и потребителей благодаря высокой плотности, то есть достаточному количеству запасённой электроэнергии на килограмм веса.

Но литий-ионные аккумуляторы слишком дороги для создания на их основе крупных систем хранения энергии, которые востребованы коммунальщиками. К тому же их воспламеняемость представляет значительную угрозу безопасности.

К кандидатам на роль надёжных систем длительного хранения энергии относят перезаряжаемые алюминиево-ионные аккумуляторы. Однако наиболее распространённый для их производства электролит, жидкий хлорид алюминия, вызывает коррозию алюминиевого анода и очень чувствителен к влаге, что усугубляет разрушение батарей. Оба фактора приводят к низкой стабильности и снижению электрических характеристик с течением времени. Поэтому исследователи Вэй Ван, Шуцян Цзяо и их коллеги решили разработать улучшенный алюминиево-ионный аккумулятор без перечисленных недостатков.

Учёные из КНР добавили инертную соль фторида алюминия в электролит, содержащий ионы алюминия, превратив его в твёрдотельный электролит. Соли фторида алюминия свойственна объёмная пористая структура, которая позволяет ионам алюминия легко перемещаться по электролиту и повышать тем самым проводимость.

Кроме того, при создании инновационной батареи на основе алюминия специалисты использовали карбонат фторэтилена в качестве добавки для создания тонкого твёрдого покрытия на электродах. Этот нюанс позволил предотвратить образование кристаллов алюминия, которые ухудшают работу батареи.

Опыты показали, что у изобретенного аккумулятора повышенная влагостойкость. Среди других преимуществ — физическая и температурная стабильность. Батарейка выдерживала многочисленные удары острым предметом и температуру до 200 °C. Твердотельный алюминиево-ионный аккумулятор также отличается исключительно длительным сроком службы: он выдержал 10 000 циклов зарядки-разрядки, теряя при этом менее 1% своей первоначальной ёмкости.

Более того, впоследствии наибольшую часть фторида алюминия можно извлекать с помощью простой промывки, а затем перерабатывать в другую батарею с немного сниженными характеристиками. Батарея, сделанная из отслуживших своё алюминиево-ионных аккумуляторов, могла бы снизить стоимость производства энергетических элементов и продлить срок их службы.


— Ван.

Исследователи добавили, что перед запуском в производство всё-таки необходимы дальнейшие улучшения, чтобы повысить плотность энергии и срок службы.