Глобална потражња за ефикасним, одрживим и исплативим и ефикасним енергетским складишним растворима порасла је уз пораст електричних возила (ЕВС), обновљивих извора енергије и преносне електронике. Литијум-јонске батерије (ЛИБС) тренутно доминирају на тржишту због своје велике енергетске густине и поузданости. Међутим, забринутости због оскудица литијума, утицај на животну средину и проблеми са безбедностима подстакли су интересовање за алтернативне материјале. Алуминијум, обилно и нископрофанов метал, појавио се као обећавајући кандидат.
1. Ограничења литијум-јонских батерија
Литијум-јонске батерије се суочавају са неколико критичних изазова:
Осећај ресурса: литијумске резерве су концентрисане у неколико земаља (нпр. Чиле, Аустралија), подижући ризике од геополитичких и ланца снабдевања.
Утицај на животну средину: Рударство литијум и кобалт (коришћен у катодима) често укључује загађење воде, уништавање станишта и велике емисије угљеника.
Безбедносни ризици: ЛИПС је склон прегревању и термалној бежаји, што доводи до пожара или експлозија.
Волатилност трошкова: Литијумске цене значајно варају због поравнања потражње и ограничене понуде.
Ова питања покрећу потрагу за алтернативама које су сигурније, јефтиније и одрживије.
2. Алуминијумске предности као батеријски материјал
Алуминијум нуди неколико убедљивих предности:
Обиље: Алуминијум је трећи најобичнији елемент у Земљиној коре, осигуравајући стабилне ланце снабдевања.
Економичност: далеко је јефтинија од литијум-а (~ 2 / кгФоралуминијумс. 2 / кгФоралуминиумвс. 80 / кг за литијум карбонат).
Висок теоријски капацитет: алуминијум може пренијети три електрона по ион-у (ал³⁺), у поређењу са једним за литијум (литијум), потенцијално омогућавајући већу густину енергије.
Безбедност: алуминијумске батерије су мање запаљиве и термички стабилне од липова.
3. Тренутно стање алуминијумске батерије
RЕСЕАРЦХЕРС истражују две основне врсте алуминијумских батерија:
А) Алуминијум-јонске батерије (АИБС)
АИБС Користите алуминијумску металу као анод и катоду графитске или органске јединице. Недавни пробоји укључују:
Брзо пуњење: Неки прототипови постижу пуну пуњење у минутима, надмашују ли ЛЕБС.
Живот дугог циклуса: Истраживачи на Станфорд Универзитету показали су АИБС са преко 10, 000 циклусима на терету без значајне деградације.
Операција собе температуре: За разлику од литијум-металних батерија, АИБС не захтевају да функционишу високе температуре.
Међутим, АИБС тренутно пате од ниже густине енергије (~ 70 ВХ / кг вс. Либс "250-300 Вх / кг), ограничавајући њихову употребу у ЕВС-у или паметним телефонима.
Б) Алуминијумске батерије
Ове батерије стварају електричну енергију оксидацијом алуминијума у ваздуху. Похвале се:
Ултра висока густина енергије: до 1.300 Вх / кг, надмашује чак и бензин.
Лаган дизајн: Идеално за дронове или војне апликације.
Ипак, алуминијумске авионеријске батерије обично се не пуне, захтевају механичку замену потрошених алуминијумских плоча. Напори за стварање пуњивих верзија суочавају се на препреке попут нестабилности корозије и електролита.
4. Кључни изазови за алуминијумске батерије
Упркос свом обећању, алуминијумске батерије морају превазићи критичне баријере:
Деградација електроде: Алуминијумске аноде формирају оксидне слојеве који током времена смањују ефикасност.
Компатибилност електролита: Проналажење стабилних електролита који спречавају бочне реакције.
ГАП ЕНЕРГИЈЕ ГАП: Тренутна АИБС заостаје иза липова, што их чини неприкладним за високоенергетске апликације.
Инфраструктура: Процеси производње и рециклаже за алуминијумске батерије су поднелирдевеловед.
5. Потенцијалне апликације
Док алуминијумске батерије не могу одмах да замене Липове у свим секторима, могли су да се одбацују у одређеним нишама:
МрежаСкладиштење: Живот и сигурност њиховог дугог циклуса чине их идеалним за чување обновљивих извора енергије.
Нископространска електроника: за уређаје у којима су тежина и величина мање критични, као што су сензори на соларним напајањем.
Транспорт: Алуминијумске авионе би могле да напајају дугачки распон ЕВС као додатна енергија сНаше.
6. пут испред
Значајна улагања у истраживање и развој убрзавају напредак. Компаније попут физификације (Израел) и Фуји пигмент (Јапан) се комерцијализују алуминијумске системе, док се академске лабораторије фокусирају на побољшање АИБС-а. Хибридни дизајни, попут комбиновања алуминијума са литијум или сумпор, такође би могли премостити празнине перформанси.
Закључак
Алуминијумске батерије представљају тантализују алтернативу литијум-јонској технологији, која нуди предности одрживости, сигурности и трошкова. Док вероватно неће у потпуности заменити ЛИП-ове у блиском појму - посебно у високим енергетским апликацијама попут ЕВС-а - њихов потенцијал у складишту мреже и нишним тржиштима су значајан. Континуирана иновација у материјалима Наука и инжењеринг ће одредити да ли алуминијум може да порасте као камен темељац сутрашњег складишта енергије. За сада стоји као убедљив комад слагалице у диверзификацији батерије без литијума.
