Группа исследователей из Технологического института Джорджии в США успешно применила алюминиевую фольгу для создания аккумуляторов с более высокой плотностью энергии, большей емкостью и стабильностью работы. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Хорошему аккумулятору нужны две вещи: высокая плотность энергии для питания устройств и стабильность, чтобы его можно было безопасно и надежно заряжать тысячи раз. В течение последних трех десятилетий в этой сфере безраздельно господствовали литий-ионные аккумуляторы, доказав свою эффективность в смартфонах, ноутбуках и электромобилях, но их параметры уже начали приближаться к своим пределам.
Поэтому, по мере того, как на рынок начинают поступать электромобили все более дальнего радиуса действия и электрические самолеты следующего поколения, поиск более безопасных, дешевых и мощных аккумуляторных систем, которые могут превзойти литий-ионные, набирает обороты.
Группа исследователей из Технологического института Джорджии под руководством доцента Школы материаловедения и инженерии Мэтью Макдауэла смогла успешно применить алюминиевую фольгу для создания аккумуляторов с более высокими характеристиками. Новая аккумуляторная система подробно описана в научном журнале Nature Communications.
Идея изготовления аккумуляторных батарей на основе алюминия не нова: ученые впервые исследовали их потенциал еще в 1970-х годах, но практических применений не последовало. В дальнейшем, при использовании в обычной литий-ионной батарее, алюминий продемонстрировал, что выходит из строя в течение нескольких циклов зарядки-разрядки – из-за расширения и сжатия по мере того, как ионы проникают в материал и выходят из него.
В конечном итоге разработчики аккумуляторных систем пришли к выводу, что алюминий не является жизнеспособным материалом для батарей, и в значительной степени утратили к нему интерес. Но теперь на сцену вышли твердотельные батареи.
В то время как литий-ионные батареи содержат легковоспламеняющуюся жидкость, которая может привести к возгоранию, твердотельные батареи содержат твердый материал, который не воспламеняется и, следовательно, более безопасен. Твердотельные батареи также позволяют интегрировать и новые высокоэффективные активные материалы, как показало исследование Технологического института Джорджии.
Проект начался как сотрудничество ученых и компании Novelis Inc. – крупного производителя и переработчика алюминия. Исследовательская группа учла, что алюминий будет иметь энергетические, финансовые и производственные преимущества при использовании в качестве материала в аноде аккумуляторной батареи. Но при первых испытаниях выявилось, что чистая алюминиевая фольга очень быстро выходила из строя.
Исследователи стали искать другие подходы. К чистому алюминию они добавляли небольшое количество других материалов, чтобы создать фольгу с определенной «микроструктурой». Они протестировали более 100 различных материалов, чтобы понять, как те поведут себя в батареях.
«Нам нужно было выявить материал, который решал бы фундаментальные проблемы алюминия в качестве анода батареи. В конечном итоге наш новый анод из микроструктурированной алюминиевой фольги продемонстрировал заметно улучшенные характеристики и стабильность при использовании в твердотельных батареях по сравнению с обычными литий-ионными батареями», – отметил Юджин Лю, один из специалистов лаборатории Макдауэлла и первый автор исследования.
«Важным преимуществом нашего алюминиевого анода является то, что он позволяет повысить производительность, а также может быть очень рентабельным а производстве. При использовании фольги в качестве компонента батареи мы фактически убираем множество производственных этапов, которые обычно требуются для производства анодного материала», – дополнил Макдауэлл.