Tri jeftina sastojka za baterije budućnosti

Istraživači MIT-a razvili su novu vrstu baterije, izrađenu u potpunosti od lako dostupnih i jeftinih materijala, koja koristi aluminij i sumpor kao svoja dva elektrodna materijala, s rastaljenim slanim elektrolitom između. 

Osim što su skupe, litij-ionske baterije sadrže zapaljivi elektrolit, što ih čini manje idealnim za transport. MIT je počeo proučavati periodni sustav, tražeći jeftine metale kojima Zemlja obiluje i koji bi mogli zamijeniti litij. Komercijalno dominantan metal, željezo, nema prava elektrokemijska svojstva za učinkovitu bateriju, ali drugi najzastupljeniji metal na tržištu i zapravo najzastupljeniji metal na Zemlji aluminij ima sve ono što je potrebno. 

Zatim je došlo do odlučivanja s čime upariti aluminij za drugu elektrodu i kakvu vrstu elektrolita staviti između da prenosi ione naprijed-natrag tijekom punjenja i pražnjenja. Najjeftiniji od svih nemetala je sumpor, pa je on postao drugi elektrodni materijal. Što se tiče elektrolita, "nismo namjeravali koristiti hlapljive, zapaljive organske tekućine" koje su ponekad dovodile do opasnih požara u automobilima i drugim primjenama litij-ionskih baterija, kaže MIT. Pokušali su s nekim polimerima, ali su na kraju promatrali različite rastaljene soli koje imaju relativno niske točke taljenja - blizu točke vrenja vode. Kada se temperatura spusti na tjelesnu, postaje praktično napraviti baterije koje ne zahtijevaju posebne mjere izolacije i zaštite od korozije. 

Tri sastojka s kojima su završili su jeftini i lako dostupni - aluminij koji se ne razlikuje od folije u supermarketu; sumpor, koji je često otpadni proizvod iz procesa kao što je rafiniranje nafte; i široko dostupne soli. "Sastojci su jeftini, a stvar je sigurna - ne može gorjeti", kaže MIT. 

U svojim eksperimentima, tim je pokazao da baterije mogu izdržati stotine ciklusa pri iznimno visokim brzinama punjenja, s predviđenom cijenom po ćeliji od oko jedne šestine usporedivih litij-ionskih ćelija. 

Iznenađujuće, pokazalo se da rastaljena sol koju je tim odabrao kao elektrolit jednostavno zbog svoje niske točke taljenja ima slučajnu prednost. Jedan od najvećih problema u pouzdanosti baterije je stvaranje dendrita, koji su uski metalni šiljci koji se nakupljaju na jednoj elektrodi i na kraju rastu u kontaktu s drugom elektrodom, uzrokujući kratki spoj i smanjujući učinkovitost. Ali događa se da je ova posebna sol vrlo dobra u sprječavanju tog kvara. 

Kloro-aluminatna sol koju su odabrali u biti je povukla nestalne dendrite, dok je također omogućila vrlo brzo punjenje. "Proveli smo eksperimente s vrlo visokim brzinama punjenja, punili smo se za manje od minute, i nikada nismo izgubili ćelije zbog kratkog spoja dendrita", ističi istraživači. 

Nova tehnologija već je osnova za novu spinoff tvrtku pod nazivom Avanti, koja je licencirala patente za sustav. Prvi posao za tvrtku je pokazati da radi na velikoj količini baterija, a zatim je podvrgnuti nizu testova otpornosti na stres, uključujući prolazak kroz stotine ciklusa punjenja. 

Znanstveni rad objavljen u časopisu Nature možete pronaći na ovoj poveznici.