Nov koncept slovenskih in švedskih raziskovalcev omogoča cenejše in okolju prijaznejše baterije

Raziskovalci iz Slovenije in Švedske so razvili nov koncept aluminijevih baterij, ki ima dvakrat višjo energijsko gostoto od predhodnih baterij, hkrati pa je osnovan na pogostih in okolju manj škodljivih materialih. Koncept bi lahko v prihodnje omogočil proizvodnjo cenejših in okolju prijaznejših baterij, so sporočili s Kemijskega inštituta.

 Foto: ChalmersUniversity of Technology
Foto: ChalmersUniversity of Technology

LJUBLJANA > Kot so zapisali na Kemijskem inštitutu, uporaba aluminijevih baterij ponuja več prednosti, med drugim visoko kapaciteto aluminijeve kovinske anode ter že obstoječe in preverjene postopke za proizvodnjo in recikliranje aluminija. V primerjavi z današnjimi litij-ionskimi baterijami bi zato lahko ta koncept vodil do bistvenega znižanja cene baterij. Ker je koncept osnovan na pogostih in okoljsko neproblematičnih materialih, pa tudi do znižanja okoljskega vpliva baterij.

“Cena materialov in okoljski vplivi, ki jih pričakujemo pri našem novem aluminijevem akumulatorju so precej nižji od trenutno uporabljenih litij-ionskih akumulatorjev. To dela naš sistem izjemno zanimiv za shranjevanje energije na večjih sestavih fotovoltaičnih ali vetrnih elektrarn” je povedal Patrik Johansson iz oddelka za fiziko na Tehnični univerzi Chalmers v Göteborgu.

Antrakinonske katode

Rezultati dela dveh raziskovalnih skupin, ki ju vodita Johansson in Roberta Dominko s Kemijskega inštituta, so bili objavljeni v reviji Energy Storage Materials. Avtorji članka so Jan Bitenc, Niklas Lindahl, Alen Vižintin, Muhammad E Abdelhamid, Robert Dominko in Patrik Johansson.

Dosedanji koncepti aluminijevih baterij so uporabljali aluminijevo anodo in grafitno katodo, vendar grafitna katoda ne omogoča dovolj visoke energijske gostote za praktično uporabo.

V novem konceptu slovenskih in švedskih raziskovalci namesto grafita aluminijevo anodo in katodo pripravili na osnovi antrakinona. Antrakinonske katode za uporabo v večvalentnih baterijah je razvil Jan Bitenc z Odseka za kemijo materialov na Kemijskem inštitutu, ki je leta 2017 s pomočjo štipendije dobil priložnost za delo na Tehnični univerzi Chalmers.

Za razliko od prejšnjih grafitnih katod, ki so shranjevale negativno nabite ione, organska antrakinonska katoda omogoča shranjevanje pozitivno nabitih nosilcev naboja, kar omogoča višjo energijsko gostoto baterije.

“Zaradi novega katodnega materiala, ki nam omogoča uporabo primernejšega nosilca naboja, lahko v tem sistemu bolje izkoristimo potencial aluminija. Sedaj nadaljujemo raziskave z iskanjem primernejšega elektrolita. Trenutni elektrolit vsebuje klorid, ki se ga želimo znebiti,” je povedal raziskovalec Niklas Lindah.

Aluminij v teoriji bistveno boljši

Trenutno komercialno dostopne aluminijeve baterije še ne obstajajo in tudi sama tematika je v raziskovalnem svetu relativno nova. Vprašanje prihodnosti je, ali bi aluminijeve baterije lahko enkrat zamenjale litij-ionske baterije.

Raziskovalci se nadejajo, da bi jih enkrat lahko zamenjali, gotovo pa lahko aluminijeve baterije po mnenju Johanssona služijo kot komplementarna možnost, ki omogoča, da so litij-ionske uporabljene le tam, kjer je to nujno potrebno.

“Trenutno je njihova energijska gostota le 50 odstotkov energijske gostote litij-ionskih akumulatorjev, vendar je naš cilj doseči primerljivo energijsko gostoto. Glavno delo, ki nas čaka je povezano z razvojem elektrolita in razvojem izboljšanega elektrokemijskega mehanizma. Kljub temu je aluminij v teoriji bistveno boljši, saj je večvalenten, kar pomeni, da en prenesen ion pomeni več prenesenih elektronov. Predvsem imajo aluminijevi akumulatorji potencial, da so okolju prijaznejši,” je še povedal Johansson.


Najbolj brano