Ученые разработали новую конструкцию батареи с использованием обычных материалов — алюминия, серы и соли. Аккумулятор не только дешев, но и устойчив к возгоранию и отказам, а также может очень быстро заряжаться, что может сделать его полезным для питания дома или зарядки электромобилей.
В последние несколько десятилетий литий-ионные аккумуляторы доминировали в этой области благодаря своей надежности и высокой плотности энергии. Однако литий становится все более дефицитным и дорогим, а элементы могут быть опасными, взрываться или загораться при повреждении или неправильном использовании. Нужны более дешевые и безопасные альтернативы, особенно сейчас, когда мир переходит на возобновляемые источники энергии и электромобили.
Поэтому команда Массачусетского технологического института приступила к разработке нового типа батареи из доступных и недорогих материалов. После поисков, проб и ошибок они остановились на алюминии в качестве одного электрода и серы в качестве другого, залитых электролитом из расплавленной хлоралюминатной соли. Все эти ингредиенты не только дешевы и распространены, но и не воспламеняются, поэтому нет риска возгорания или взрыва.
В ходе испытаний команда продемонстрировала, что новые аккумуляторные элементы выдерживают сотни циклов зарядки, причем заряжаются очень быстро — в некоторых экспериментах меньше минуты. Элементы будут стоить всего одну шестую часть цены литий-ионного элемента аналогичного размера.
Они не только могут работать при высоких температурах до 200°C, но и лучше работают при более высоких температурах — при 110°C батареи заряжаются в 25 раз быстрее, чем при 25°C. Важно отметить, что исследователи говорят, что батарея не нуждается во внешней энергии для достижения такой повышенной температуры — ее обычного цикла зарядки и разрядки достаточно, чтобы поддерживать ее в таком нагретом состоянии.
Хотя тип соли в электролите был выбран из-за его низкой температуры плавления, по совпадению у него есть еще одно преимущество — он естественным образом предотвращает образование дендритов. Эти металлические усики, которые постепенно растут между двумя электродами, пока не вызовут короткое замыкание, являются основным препятствием для аккумуляторов, особенно литий-ионных элементов.
Команда говорит, что эта конструкция батареи лучше всего подходит для масштаба в несколько десятков киловатт-часов, например, для питания отдельного дома от возобновляемых источников. Они также могут быть полезны в качестве зарядных станций для электромобилей благодаря быстрой зарядке. Другие типы батарей, такие как недавняя конструкция с использованием расплавленного солевого электролита и алюминиевых и никелевых электродов, могут лучше работать в масштабе электросети.
Патенты на алюминиево-серные батареи были переданы по лицензии дочерней компании Avanti, соучредителем которой является один из авторов исследования, описывающего конструкцию. Первым делом нужно создать это в масштабе и провести стресс-тесты.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
Источник: MIT.