Батерия от алуминий, сяра и сол - бърза, безопасна и евтина

Докато светът изгражда все по-големи инсталации от вятърни и слънчеви енергийни системи, необходимостта от икономични, широкомащабни батерии за осигуряване на енергия, когато слънцето е залязло и въздухът е спокоен, нараства бързо. Днешните литиево-йонни батерии все още са твърде скъпи за повечето подобни приложения, а други опции като помпено-акумулаторни водноелектрически централи (като ПАВЕЦ „Чаира“) изискват много капиталовложения и специфична топография, които не винаги са налични.

Сега инженери от Масачузетския технологичен институт (MIT) са разработили нов вариант на батерия, използвайки обикновени материали - алуминий, сяра и сол. Батерията е не само евтина, но е устойчива на огън и повреди и може да се зарежда много бързо, което може да я направи полезна за захранване на дома или за зареждане на електромобили.

Литиево-йонните батерии доминират в тази област през последните няколко десетилетия, благодарение на своята надеждност и висока енергийна плътност. Въпреки това литият става все по-рядък и по-скъп, а клетките могат да бъдат опасни, като експлодират или избухват в пламъци при повреда или неправилна употреба. Необходими са по-евтини и по-безопасни алтернативи, особено с преминаването на света към възобновяема енергия и електрически автомобили.

Затова екипът на Масачузетския технологичен институт (MIT) си поставя за цел да разработи нов тип батерия от леснодостъпни и евтини материали. След търсене и някои опити и грешки, те се спират на алуминий за единия електрод и сяра за другия, допълнени с електролит от разтопена хлоро-алуминиева сол. Всички тези съставки не само са евтини и често срещани, но и не са запалими, така че няма опасност от пожар или експлозия.

По време на тестовете екипът демонстрира, че новите акумулаторни клетки могат да издържат на стотици цикли на зареждане и да се зареждат много бързо - при някои експерименти за по-малко от минута. Цената на клетките е само една шеста от цената на литиево-йонна клетка с подобен размер.

Те не само могат да работят при високи температури до 200 °C, но всъщност работят по-добре, когато са по-горещи - при 110 °C  батериите се зареждат 25 пъти по-бързо, отколкото при 25 °C. Важно е да се отбележи, че според изследователите батерията не се нуждае от външна енергия, за да достигне тази повишена температура - обичайният цикъл на зареждане и разреждане е достатъчен, за да я поддържа толкова топла.

Въпреки че видът на солта в електролита е избран, защото има ниска температура на топене, тя по стечение на обстоятелствата има и друго предимство - по естествен начин предотвратява образуването на дендрити. Тези метални налепи, които постепенно нарастват между двата електрода, докато предизвикат късо съединение, са сериозна пречка за батериите, особено за литиево-йонните клетки.

Екипът твърди, че този проект за батерия би бил най-подходящ за мащаби от няколко десетки киловатчаса, като например захранването на индивидуален дом от възобновяеми източници. Те биха могли да бъдат полезни и като зарядни станции за електромобили, благодарение на бързото си зареждане. Други видове батерии, като например скорошен модел, използващ електролит от разтопена сол и алуминиеви и никелови електроди, биха могли да работят по-добре в мрежови мащаби.

Патентите за алуминиево-сернистите батерии са лицензирани за отделна компания, наречена Avanti, съоснована от един от авторите на изследването, описващо разработката. Първата задача е да се създадат батерии в голям мащаб и да се проведат стрес тестове.

Справка: Pang, Q., Meng, J., Gupta, S. et al. Fast-charging aluminium–chalcogen batteries resistant to dendritic shorting. Nature 608, 704–711 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04983-9 

Източник: Battery made of aluminum, sulfur and salt proves fast, safe and low-cost
Michael Irving

Още по темата

26/07/2022

Физика

Открит е полупроводник, който работи много по-добре от силиция

23/05/2022

Медицина

Глюкозна горивна клетка превръща захарта в електричество

16/05/2022

Технологии

Компютър се захранва от синьозелени водорасли и работи 6 месеца (видео)

01/03/2022

Земята

ВЕИ подпомагат енергийната независимост и по-ниските цени на енергията