Günstig, kapazitätsstark und schnell: Die neue Aluminium-Akku-Technologie verspricht alles

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Es gibt eine klassische Ironie bei neuen Technologien, dass Anwender gezwungen sind, sich auf zwei der drei Dinge zu beschränken, die jeder will: schnell, billig und gut. Wenn es sich bei der Technologie um Batterietechnologie handelt, ist die Einführung noch schwieriger. Günstig und schnell (aufladen) ist immer noch wichtig, aber „gut“ kann je nach Bedarf verschiedene Dinge bedeuten, wie z. B. geringes Gewicht, geringe Lautstärke oder lange Lebensdauer. Es sind jedoch die gleichen Arten von Kompromissen erforderlich. Wenn Sie wirklich schnell aufladen möchten, müssen Sie wahrscheinlich etwas Kapazität aufgeben.

Diese Kompromisse ermöglichen die Fortsetzung der Forschung an alternativen Batteriechemien trotz des enormen Vorsprungs von Lithium in Bezug auf Technologie und Fertigungsmöglichkeiten. Es besteht immer die Hoffnung, dass eine andere Chemie dazu führen könnte, dass der Preis stark fällt oder bis zu einem gewissen Grad stark steigt. Leistung.

Heute wird ein Artikel veröffentlicht, der anscheinend einen niedrigen Preis in Kombination mit einer starken Erhöhung mehrerer dieser Maßnahmen vorschlägt. Die von ihm beschriebenen Aluminium-Schwefel-Batterien bieten niedrige Rohstoffe, konkurrenzfähige Größe und mehr Kapazität pro Gewicht als Lithium-Ionen, mit dem großen Vorteil, dass die Zellen in weniger als einer Minute vollständig aufgeladen werden können. Das einzige offensichtliche Problem, das es derzeit hat, ist, dass es bei 90°C (nahe dem Siedepunkt von Wasser) sein muss, um zu funktionieren.

Die Leute denken schon seit einiger Zeit über Batterien auf Aluminiumbasis nach, die von ihrer hohen theoretischen Kapazität angezogen werden. Während jedes Aluminiumatom etwas schwerer als Lithium ist, sind Aluminiumatome und -ionen physikalisch kleiner, weil die höhere positive Ladung des Kerns die Elektronen etwas anzieht. Außerdem gibt Aluminium leicht drei Elektronen pro Atom ab, was bedeutet, dass Sie für jedes beteiligte Ion viel Ladung bewegen können.

Ein großes Problem ist, dass Aluminium chemisch gesehen ein bisschen schlecht ist. Viele Aluminiumverbindungen sind in Wasser sehr unlöslich, ihre Oxide sind extrem stabil usw. Es ist einfach für etwas, das eine geringfügige Nebenreaktion sein sollte, eine Batterie nach ein paar Lade-/Entladezyklen lahmzulegen. Während die Arbeit fortgesetzt wurde, schienen die hohen theoretischen Fähigkeiten oft etwas zu sein, das in der Praxis niemals erreicht werden würde.

Der Schlüssel zu der neuen Arbeit war die Erkenntnis, dass wir bereits eines der großen Probleme bei der Herstellung einer Aluminiummetallelektrode gelöst hatten; Wir hatten es gerade in einem ganz anderen Bereich gemacht. Reine Metallelektroden bieten große Verbesserungen in Bezug auf Einfachheit und Volumen, da keine echte Chemie beteiligt ist und Sie keine zusätzlichen Materialien benötigen, um die Metallionen in sie einzufügen. Aber Metall neigt dazu, sich ungleichmäßig auf Batterieelektroden abzuscheiden, wodurch schließlich Stacheln entstehen, sogenannte Dendriten, die wachsen, bis sie andere Batteriekomponenten beschädigen oder die Zelle ganz kurzschließen. Es war also eine große Hürde herauszufinden, wie man das Metall gleichmäßig aufträgt.

Eine wichtige Erkenntnis hierbei ist, dass wir bereits wissen, wie man Aluminium gleichmäßig abscheidet. Wir machen das die ganze Zeit, wenn wir Aluminium auf ein anderes Metall galvanisieren wollen.

Dies geschieht oft mit einem geschmolzenen Aluminiumchloridsalz. In geschmolzenem Salz neigen Aluminium- und Chlorionen dazu, lange Ketten aus alternierenden Atomen zu bilden. Wenn Aluminium auf einer Oberfläche abgeschieden wird, neigt es dazu, aus der Mitte dieser Ketten herauszukommen, und die physikalische Masse des Rests der Kette macht dies auf einer ebenen Oberfläche einfacher.

In geschmolzenem Salz können sich Aluminiumionen auch schnell von Elektrode zu Elektrode bewegen. Das große Problem ist, dass Aluminiumchlorid nur bei 192 ° C schmilzt, aber das Mischen von etwas Natriumchlorid und Kaliumchlorid brachte es auf 90 ° C – unter dem Siedepunkt von Wasser und kompatibel mit einer größeren Auswahl an zusätzlichen Materialien. /p> Salz-Sandwich

Damit hatten die Forscher zwei Drittel einer Batterie. Eine Elektrode war metallisches Aluminium und der Elektrolyt war flüssiges Aluminiumchlorid. Dies lässt eine zweite Elektrode zu identifizieren. Hier gab es viele Beispiele für die Speicherung von Aluminium als chemische Verbindung mit Elementen unterhalb des Sauerstoffs im Periodensystem wie Schwefel oder Selen. Für Bildgebungszwecke arbeitete das Team mit Selen, erstellte eine experimentelle Batteriezelle und bestätigte, dass sie sich wie erwartet verhielt.

Bilder von Aluminium zeigten, dass nach einem bestimmten Lade- und Entladezyklus...