673886040@qq.com
Дешевле, безопаснее и мощнее аккумуляторы: алюминиевые материалы демонстрируют многообещающие характ
Хорошей батарее нужны две вещи: высокая плотность энергии для питания устройств и стабильность, позволяющая безопасно и надежно перезаряжать ее тысячи раз. За последние тридцать лет литий-ионные аккумуляторы доминировали, доказав свою эффективность в смартфонах, ноутбуках и электромобилях.
Но исследователи аккумуляторов начали приближаться к пределам возможностей литий-ионных аккумуляторов. По мере того, как на рынке начинают появляться автомобили дальнего 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 Мэтью Макдауэлла, доцента Школы машиностроения Джорджа Вудраффа и Школы материаловедения и инженерии, использует алюминиевую фольгу для создания батарей с более высокой плотностью энергии и большей стабильность. Новая аккумуляторная система команды, подробно описанная в Nature Communications, может позволить электромобилям работать дольше без подзарядки и будет дешевле в производстве — и все это окажет положительное влияние на окружающую среду.
«Мы всегда ищем аккумуляторы с более высокой плотностью энергии, которые позволили бы электромобилям преодолевать большие расстояния без подзарядки», — сказал Макдауэлл. «Интересно, что мы можем использовать алюминий в качестве материала для аккумуляторов, потому что он экономически эффективен, легко перерабатывается и с ним легко работать».
Идея изготовления батарей из алюминия не нова. Исследователи исследовали его потенциал в 1970-х годах, но он не сработал.
При использовании в обычной литий-ионной батарее алюминий ломается и выходит из строя в течение нескольких циклов зарядки-разрядки из-за расширения и сжатия по мере того, как литий проникает в материал и выходит из него. Разработчики пришли к выводу, что алюминий не является жизнеспособным материалом для аккумуляторов, и от этой идеи практически отказались.
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 негорюч и, следовательно, вероятно, более безопасен. Как показано в этом исследовании, твердотельные батареи также позволяют интегрировать новые высокоэффективные активные материалы.
Проект начался как сотрудничество между командой Технологического института Джорджии и Novelis, ведущим производителем алюминия и крупнейшим в мире переработчиком алюминия, в рамках Инновационного центра Novelis в Технологическом институте Джорджии. Исследовательская группа знала, что алюминий будет иметь энергетические, экономические и производственные преимущества, если его использовать в качестве материала в аноде батареи — отрицательно заряженной стороне батареи, которая хранит литий для создания энергии — но чистая алюминиевая фольга быстро выходила из строя при испытаниях в батареях. .
Команда решила пойти другим путем. Вместо того, чтобы использовать в фольге чистый алюминий, они добавили к алюминию небольшое количество других материалов, чтобы создать фольгу с определенной «микроструктурой» или расположением различных материалов. Они протестировали более 100 различных материалов, чтобы понять, как они будут вести себя в батареях.
«Нам нужно было использовать материал, который решил бы фундаментальные проблемы алюминия в качестве анода для батарей», — сказал Юджин Лю, доктор философии. студент лаборатории Макдауэлла и первый автор статьи. «Наш новый анод из алюминиевой фольги продемонстрировал заметно улучшенные характеристики и стабильность при использовании в твердотельных батареях по сравнению с обычными литий-ионными батареями».
Команда заметила, что алюминиевый анод может хранить больше лития, чем обычные анодные материалы, и, следовательно, больше энергии. В конце концов, они создали батареи с высокой плотностью энергии, которые потенциально могут превзойти литий-ионные батареи.
