Μπαταρία αλουμινίου-θείου για αποθήκευση μικρής κλίμακας στα 8,99 $/kWh
μπαταρία, κόστος, φωτοβολταϊκά, ενέργεια, νέα τεχνολογία
Ερευνητές του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης ανέπτυξαν μια μπαταρία με δύο ηλεκτρόδια από αλουμίνιο και θείο, και έναν ηλεκτρολύτη λιωμένου άλατος τοποθετημένο ανάμεσά τους. Είπαν ότι τα ηλεκτρόδια θείου με υψηλή φόρτιση 12,0 mg cm2 μπορούν να διατηρήσουν υψηλή χωρητικότητα 520 mAh g–1 σε 100 κύκλους στους 5 C.
Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης ανέπτυξε έναν νέο τύπο μπαταρίας αλουμινίου-θείου που υποτίθεται ότι είναι ανθεκτική στο βραχυκύκλωμα των δενδριτών.
«Η μπαταρία προορίζεται για σταθερές εφαρμογές αποθήκευσης ενέργειας μικρής κλίμακας», είπε ο ερευνητής Donald R. Sadoway. «Η εμπορευματοποίηση βρίσκεται σε εξέλιξη στη startup Avanti Battery Company με έδρα τις ΗΠΑ».
Οι δενδρίτες είναι μικροσκοπικές, βελονοειδείς προεξοχές που μπορούν να αναπτυχθούν μέσα σε μια μπαταρία και να προκαλέσουν μια σειρά από ανεπιθύμητα αποτελέσματα, όπως, στη χειρότερη περίπτωση, πλήρη αστοχία της μπαταρίας, ακόμη και πυρκαγιές.
Η μπαταρία βασίζεται σε δύο ηλεκτρόδια από αλουμίνιο και θείο και σε έναν ηλεκτρολύτη λιωμένου άλατος που τοποθετείται ανάμεσά τους. Ο ηλεκτρολύτης αποτελούνταν από χλωριούχο νάτριο (NaCl), χλωριούχο κάλιο (KCl) και χλωριούχο αργίλιο (AlCl 3) και παρασκευάστηκε με υψηλά επίπεδα AlCl3 .
«Δείχνουμε ότι αυτά είναι το κλειδί για την υποστήριξη της υπερταχείας ηλεκτροαπόθεσης αλουμινίου (φόρτιση κυψελών) ενώ αλλοιώνεται ο σχηματισμός δενδρίτη», είπαν οι επιστήμονες, αναφερόμενοι στις τρεις ενώσεις.
Είναι εξαιρετικά φθηνά και άφθονα σε σχέση με το λίθιο, το νικέλιο, το κοβάλτιο και τον γραφίτη που χρησιμοποιούνται στις μπαταρίες ιόντων λιθίου.
«Το χλωρο-αλουμινικό άλας που επιλέξαμε ουσιαστικά απομάκρυνε τους δενδρίτες, ενώ επιτρέπει επίσης πολύ γρήγορη φόρτιση», εξήγησε ο Sadoway. «Κάναμε πειράματα με πολύ υψηλούς ρυθμούς φόρτισης, φορτίζοντας σε λιγότερο από ένα λεπτό και ποτέ δεν χάσαμε κύτταρα λόγω βραχυκυκλώματος δενδρίτη».
Οι ερευνητές είπαν ότι τα ηλεκτρόδια θείου με υψηλό φορτίο 12,0 mg cm 2 μπορούν να διατηρήσουν υψηλή χωρητικότητα 520 mAh g –1 περισσότερους από 100 κύκλους στους 5 C.
«Αποδίδουμε την πλήρη προσβασιμότητα της χωρητικότητας του ηλεκτροδίου στην πλεονεκτικά χαμηλή επιφανειακή τάση του τήγματος χλωροαλουμινικού άλατος », είπαν.
«Η μπαταρία μας έχει μια διπλό οικονομικό όφελος. Πρώτον, δεδομένης της μεγάλης αφθονίας όλων των εξαρτημάτων, αλουμινίου, θείου, NaCl, KCl και AlCl 3, το εκτιμώμενο κόστος σε επίπεδο κυψέλης της μπαταρίας μας Al-S είναι τόσο χαμηλό όσο $8,99 ανά kWh, το οποίο είναι 12% έως 16% του αυτή των σημερινών μπαταριών ιόντων λιθίου», είπε ο ακαδημαϊκός. «Δείχνουμε επίσης ότι η χρήση αλουμινίου χαμηλής ποιότητας (για παράδειγμα, φύλλου συσκευασίας τροφίμων) στο αρνητικό ηλεκτρόδιο δεν οδηγεί σε αισθητή υποβάθμιση της απόδοσης των κυψελών».
Η ερευνητική ομάδα περιελάμβανε μέλη από το Πανεπιστήμιο του Πεκίνου, το Πανεπιστήμιο Γιουνάν, το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο της Γουχάν, το Πανεπιστήμιο του Λούισβιλ, το Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge και το Πανεπιστήμιο του Βατερλό.
