Уже несколько лет исследователи из различных институтов ищут замену литий-ионным батареям. Стоимость, потребление редкого сырья, условия добычи этого сырья, а также воспламеняемость и возможности для вторичной переработки являются аргументами против использования литий-ионных батарей.
К ванадиевым редокс-батареям, которые уже коммерциализированы в прошлом в качестве альтернативы литий ионным батареям в секторе стационарных аккумуляторных батарей, недавно присоединились кальций-ионные и натрий-ионные батареи.
В рамках проекта под названием «Albatros», что расшифровывается как «Альтернативные системы материалов для стационарных аккумуляторных батарей на основе алюминия в качестве анодного материала для замены критического сырья», в новый проектный консорциум объединились Институт Фраунгофера по интегрированным системам и технологиям устройств (IISB), в которую также входят Технологический центр высокоэффективных материалов (THM), институт Dechema — Forschungsinstitut из Франкфурта-на-Майне, Iolitec GmbH из Хайльбронна и Институт неорганической химии Технического университета Горная Академия Фрайберга. Проект финансируется Федеральным министерством образования и научных исследований.
Для теоретического обоснования новой химии аккумуляторных ячеек ученые сосредоточились на изучении фундаментальных химических механизмов и влияющих на них переменных, специфичных для конкретного материала. Во-первых, партнеры консорциума разработают комплексное базовое понимание процессов в аккумуляторной ячейке, особенно на границах между электродами и электролитом. В качестве электрода в батареях этого типа может использоваться графит. Это означает, что можно полностью отказаться от редких видов сырья, таких как кобальт, марганец и никель.
IISB Фраунгофера уже пять лет занимается исследованиями алюминий-ионных батарей. Результаты этой работы стали отправной точкой для дальнейших исследований в рамках консорциума. Несмотря на то, что до коммерциализации еще далеко, результаты предыдущих исследований, проведенных в IISB, оказались многообещающими. Например, было обнаружено, что эффективность зарядки по-прежнему сохраняется на уровне 90 процентов после 10 000 циклов. Исследователи предполагают, что алюминий-ионные батареи легко выдержат 20 000 циклов зарядки. Еще одной технологической изюминкой таких батарей является скорость зарядки. Зарядка и разрядка становятся возможными при 150 C (С – дополнительный параметр, указывающий на емкость батареи при разряде в определенный период времени). В тестовой установке батареи заряжались всего за 30 секунд.
Плотность энергии в 135 ватт-часов на килограмм, которой исследователи из Института Фраунгофера добились в ходе первоначальных испытаний, также является многообещающей отправной точкой для дальнейшего усовершенствования батарей. Еще нет даже прототипов, пригодных для тестирования. Всесторонние испытания и сертификация также еще не завершены.
Из результатов исследований, проведенных на сегодняшний день, можно сделать вывод, что все еще существует необходимость в дальнейшей разработке батарей, особенно в отношении используемых электролитов. И хотя они в настоящее время они очень дешевы и не воспламеняются, поскольку основаны на мочевине, однако их характеризует высокая коррозионная активность на электродах. Именно поэтому исследователи намерены изучить кинетические параметры растворения и осаждения алюминия на алюминиевом аноде для различных составов электролита. Кроме того, будут также исследованы носители заряда в и из графитовой матрицы. Другим направлением является исследование процессов саморазряда. В качестве первого реального применения партнеры консорциума рассматривают стационарную систему хранения электроэнергии.
Источник: https://www.pv-magazine.de/2021/12/07/projekt-albatros-erforschung-von-lithium-freien-aluminium-ionen-batterien-gestartet/
Перевод выполнен с разрешения редакции журнала pv mаgazine.
