Разработаны дешевые аккумуляторы на основе алюминия и серы
Международная группа ученых, возглавляемая специалистами из Массачусетского технологического института (США), разработала аккумуляторы на основе алюминия и серы — одних из наиболее распространенных элементов на Земле. Аккумулятор выдерживает сотни циклов зарядки-разрядки, а его стоимость в 6 раз ниже по сравнению с литий-ионными батареями. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Сейчас в мире развиваются системы солнечной или ветряной энергии. Однако нужны и аккумуляторы, способные работать автономно. Современные литий-ионные батареи все еще остаются слишком дорогостоящими для многих отраслей промышленности. Кроме того, в их состав входит легко воспламеняемый электролит, что уже приводило к возгораниям.
В качестве альтернативы литий-ионным батареям ученые выбрали аккумуляторы, электроды которых изготовлены из алюминия и серы. Алюминий является вторым по распространенности на Земле металлом и уступает только железу. При этом его электрохимические свойства теоретически позволяют использовать его в аккумуляторах. Сера — самый дешевый неметалл, что значительно понижает себестоимость батареи. В качестве электролита ученые выбрали расплавленную соль. Ученые изготовили аккумуляторы из этих веществ и показали, что они успешно выдерживают сотни циклов зарядки-разрядки и имеют достаточно высокую скорость заряда. К тому же, стоимость такого аккумулятора в 6 раз меньше по сравнению с литий-ионными батареями. При этом скорость заряда сильно зависит от температуры. При 110 ℃ она была в 25 раз выше, чем при 25 ℃.
Изначально ученые выбрали расплавленную соль, руководствуясь только поиском вещества с наиболее низкой температурой плавления. Они остановились на хлороалюминате. Оказалось, что у этой соли есть ряд преимуществ. Часто в аккумуляторах возникает проблема — появляются дендриты. Это узкие выросты металла, которые накапливаются на одном электроде и могут вырасти вплоть до контакта с другим. Это приводит к короткому замыканию и снижает эффективность батареи. Однако с хлороалюминатами такой проблемы не возникает. Кроме того, для поддержки температуры батареи не требуется внешнего источника тепла. Тепло выделяется электрохимически, при зарядке и разрядке батареи.
Такие аккумуляторы на основе железа и серы могут быть использованы для того, чтобы снабжать электричеством один дом или небольшой бизнес. Их зарядная емкость — несколько десятков киловатт-часов. Тем не менее, исследователи отметили, что для более энергоемких применений, требующих десятки и сотни мегаватт-часов, лучше использовать другие, более эффективные технологии. К примеру, та же команда исследователей несколько лет назад разработала жидкие аккумуляторы, которые будут выпущены уже в следующем году.