Алюминиевый аккумулятор нового поколения: какой он?

Как только люди узнали об электричестве и почувствовали, что оно может приносить пользу, изобретатели со всего мира начали искать новые способы и источники получения энергии, а затем захотели её хранить в каком-то одном определённом месте. Но последние 30 лет оказались особенными в поиске емкостей – prima алюминий-ионный аккумулятор был разработан учеными из Стенфордского университета. Мировая общественность сразу заинтересовалась его способностью к быстрой зарядке и при этом довольно-таки небольшой себестоимости. По заверениям создателей новая разработка способна стать безопасной альтернативой широко распространенным сегодня литий-ионным батареям, а также вредным для здоровья щелочным АКБ.

Источник e-bike.com.ua

Чем они лучше остальных – давайте сравнивать

Самым большим спросом в современном мире сейчас пользуются уже упомянутые нами литий-ионные батареи и это неудивительно, так как такие АКБ имеют ряд преимуществ:

• высокая плотность;
• маленький саморазряд – в месяц не более 4-6%;
• работоспособность при температуре от -20°C до +50°C;
• небольшая масса;
• циклы разряд-заряд порядка 1000 раз.

При всех своих бесспорных достоинствах литий-ионные аккумуляторы имеют два существенных недостатка, на которые просто невозможно закрывать глаза:

• высокая стоимость;
• взрывоопасность и склонность к самовозгоранию в определенных условиях.

Конечно, неприятно, когда такие превосходные параметры просто перечеркиваются каким-то скрытым или открытым недостатком, но, ничего не поделаешь – человек и его творения далеки от совершенства.

Источник batts.pro

А что же собой представляет алюминиево-ионный аккумулятор из Стенфорда, помимо заверений его создателей в том, что это безопасная альтернатива литиевой АКБ? Конечно, таких емкостей на данный момент нет в широкой продаже и пока все на уровне эксперимента, готового к переходу на коммерческо-промышленный уровень. Следовательно, мы можем довольствоваться только анализами и заверениями авторитетных экспертов из не менее авторитетных научных организаций. Поэтому, здесь будет уместно напомнить тем, кто уже читал или рассказать тем, кто еще не знает, что профессор Дай Хонгжи заверил всех в том, что возгорание алюминиевого аккумулятора невозможно даже в том случае, если его просверлить насквозь. Такого же мнения придерживаются и его коллеги по разработке, которые говорят, что это совершенно новый тип сверхбыстро перезаряжающейся АКБ.

Помимо пожарной безопасности прибора в число его достоинств, которых нет у популярной литиевой батареи, сюда ещё включается низкая стоимость и возможность создавать внушительную электрическую емкость. По этим причинам алюминий, как элемент, уже давно начал привлекать внимание самых разных исследователей, и почти 30 лет было потрачено на разработку жизнестойкого прибора в плане его стоимости - алюминий-ионного аккумулятора.

На данном этапе такая батарея способна производить наиболее устойчивое напряжение после большого количества циклов разряда-заряда по сравнению с литий-ионным накопителем. Не лишним будет также отметить, что профессор Патрик Йохансон из университета Чалмерса в Швеции упомянул о том, что новые алюминий-ионные батареи обладают удвоенной энергоемкостью по сравнению с уже известными алюминиевыми АКБ, представленными на рынке электротоваров.

Читайте также:
Гидроаккумулятор для систем водоснабжения: назначение, разновидности, принцип работы и основы расчетов

Чего удалось добиться

Источник popmech.ru

Препятствий на пути создания аккумулятора нового поколения было достаточно и помимо всех прочих можно назвать следующие:

• распад материала катода;
• слабые показатели разряда ячейки (0,53 V);
• быструю утрату емкости;
• низкий цикл заряда-разряда - после 100 жизненных циклов потеря мощности батареи составляла уже 25-85%.

Эти проблемы удалось решить – исследователи получили совершенно новый вариант АКБ на основе известного всем алюминия. Её отличительной чертой можно назвать высокую стабильность заряда, на что повлиял алюминиевый анод в сопряжении с катодом из трехмерной графитовой пены. Конечно, к такому решению пришли не сразу: сначала были протестированы самые разные материалы для катода и вариант с графитом был совершенно неожиданным. Группа Хонгжи Дайя путем изысканий определили несколько типов материала из графита, способных поддерживать не виданную ранее производительность.

Эксперимент в Стенфордском университете проходил следующим образом: в мягкий полимерный пакет поместили такие элементы:

• алюминиевый анод;
• графитовый катод;
• безопасный ионный электролит, в основном состоящий из солевых растворов.

Источник ecotechnica.com.ua

Читайте также:
Подключение гидроаккумулятора к системе водоснабжения с поверхностным и глубинным насосом

Вот к такому импровизированному алюминий-ионному аккумулятору, как на верхней фотографии подключили лампочку и просверлили пакет, служащий экспериментальным корпусом, но лампочка и не подумала гаснуть. То есть, после такого серьезного механического повреждения, как пробоина, батарея ещё какое-то время будет полностью функционировать и при этом не загорится – такого не удавалось добиться еще ни с одной АКБ.

Еще одним существенным достижением, которое тоже можно назвать прорывом в этой сфере, является чрезвычайно быстрая зарядка. Сравнивая, можно представить литиевую батарею любого современного смартфона: для стопроцентного набора емкости в среднем понадобится примерно 4 часа (чаще всего мы их оставляем подключенными на ночь), а вот алюминий-ионная АКБ наберет эти же 100% в течение одной минуты. То есть, скорость увеличивается не в десятки, а в несколько сотен раз! Сравните 4 аса и 1 минуту: 4*60/1=240.

Отдельно можно поговорить о длительности эксплуатационного ресурса аккумулятора, о котором даже не могли подумать. Самая лучшая на сегодня, поставленная на промышленные рельсы литий-ионная батарея, которая, имеет 1000 циклов разряда-заряда, до сих пор считалась самой жизнестойкой из всех известных емкостей. Но алюминиевое ноу-хау увеличило этот предел в 7,5 раз, и теперь эксплуатационный ресурс АКБ будет составлять 7500 циклов и это было только в начале эксперимента! Впечатляет, не правда ли?

Среди множества примечательных особенностей и достоинств алюминий-ионных батарей можно отметить гибкость корпуса. То есть аккумулятор не боится деформации, следовательно, его можно использовать для гибких гаджетов уже сейчас, а со временем найдутся и другие потенциальные потребители.

На данный момент перспективы крупномасштабного использования батарей с такой анодно-катодной парой видятся в резервировании электроэнергии для её дальнейшего использования на различных стратегических и космических объектах. Тем более что последние данные говорят о возможности циклических разрядов-зарядов в десятки тысяч раз! Будет ли это пределом, еще неизвестно.

Сейчас массово используют элементы АА и их уменьшенную версию ААА, у которых напряжение 1,5 V, но алюминий-ионный аккумулятор таких же размеров способен генерировать напряжение 2 V. Получается, что здесь алюминий перепрыгнул сам себя – еще никогда алюминиевые емкости не имели таких показателей.

Источник e-bike.com.ua

Читайте также:
Что надо знать про солнечные батареи для дома: их выбор, размещение и использование

Сейчас разработчики батареи нового поколения уверены, что сегодняшние показатели еще не являются пределом возможностей, и это ноу-хау будет иметь продолжение. Сам Хонгжи Дай говорит о том, что улучшение катодного материала (графитного порошка) приведёт к ещё большему увеличению напряжения и плотности заряда АКБ. Такие приборы обречены на успех уже тем, что алюминий лучше лития, как носитель заряда, так как он многовалентен, и каждый ион компенсирует несколько электронов.

Заключение

Что бы ни говорили по поводу алюминиевых аккумуляторов и как бы к ним ни относились, на данный момент основная цель разработчиков достигнута. Они самые дешевые по материалам изготовления перед литиевыми АКБ, имеют повышенную безопасность, высокоскоростную зарядку, длительный эксплуатационный ресурс. Этого вполне достаточно, чтобы определить, что будущее именно за этими батареями.