Alumiinianodi tarjoaa kestävän vaihtoehdon

Kuva akun elektrodin hiilikuituihin kerrostuneesta alumiinista. Kemiallinen sidos tekee elektrodista paksumman ja sen kinetiikan nopeammaksi, jolloin saadaan ladattava akku, joka on turvallisempi, halvempi ja kestävämpi kuin litiumioniakut.

Suurempi kuva

Cornellin yliopiston tutkijat professori Lynden Archerin johdolla ovat tutkineet halpojen materiaalien käyttöä edullisemman varastoinnin tarjoavien akkujen luomiseen. Nämä materiaalit voisivat myös tarjota turvallisemman ja ympäristöystävällisemmän vaihtoehdon litiumioniakuille.

Ryhmä on aiemmin osoittanut sinkkianodiakkujen potentiaalia. Nyt he ovat käyttäneet erilaista lähestymistapaa alumiiniin, mikä on johtanut ladattaviin pareihin, jotka tarjoavat jopa 10000 virheetöntä työjaksoa.

"Tämän akun erittäin mielenkiintoinen piirre on, että anodille ja katodille käytetään vain kahta elementtiä - alumiinia ja hiiltä - jotka molemmat ovat halpoja ja ympäristöystävällisiä", taustoittaa Jingxu Zheng. ”Niillä on myös hyvin pitkä käyttöikä. Kun laskemme energian varastoinnin kustannuksia, meidän on kuoletettava se energian kokonaiskulutuksen suhteen. Joten jos meillä on pidempi käyttöikä, kustannukset pienenevät."

Alumiinin etuna on, että sitä on runsaasti maankuoressa, se on kolmiarvoista ja kevyttä ja siksi sillä on suurempi kyky varastoida enemmän energiaa kuin monilla muilla metalleilla. Alumiini voi kuitenkin olla hankala integroida akun elektrodeihin. Se reagoi kemiallisesti lasikuituerottimen kanssa, joka jakaa fyysisesti anodin ja katodin aiheuttaen akun oikosulun ja vikaantumisen.

Tutkijoiden ratkaisu oli suunnitella kudotusta hiilikuidusta substraatti, joka muodostaa vahvan kemiallisen sidoksen alumiiniin. Kun akkua ladataan, alumiini kerrostuu hiilirakenteeseen kovalenttisten sidosten kautta eli jakamalla elektronipareja alumiini- ja hiiliatomien välillä.

Kun tavallisten akkujen elektrodit ovat vain kaksiulotteisia, tämä tekniikka käyttää kolmiulotteista arkkitehtuuria ja luo syvemmän ja yhtenäisemmän alumiinikerroksen, jota voidaan hallita hienosti.

"Pohjimmiltaan käytämme kemiallista liikevoimaa voidaksemme edistää alumiinin tasaista saostumista arkkitehtuurin huokosiin", Zheng kertoo. "Elektrodi on paljon paksumpi ja sen kinetiikka on paljon nopeampaa."

Nämä alumiinianodiakut voidaan ladata ja purkaa monta kertaa useammin kuin muut ladattavat alumiiniakut käytännön olosuhteissa.

"Vaikka pinnallisesti se eroaa aikaisemmista innovaatioistamme sinkki- ja litiummetallielektrodien stabiloimiseksi akuissa, periaate on sama - suunnittelualustat, jotka tarjoavat suuren termodynaamisen käyttövoiman, joka edistää ytimien muodostumista; ja karkaaminen, metallielektrodin vaarallinen kasvu estetään sellaisilla voimilla kuin pintajännitys, joka voi olla massiivinen pienissä mittakaavoissa", selvittää tutkimuspaperin vanhempi kirjoittaja Lynden Archer.

Aiheesta aiemmin

Uusia kierrätyskelpoisia akkukonsepteja

Uudet materiaalit kestäville ja edullisille akuille

Akkuja alumiinista ja polymeereistä