Een nieuw concept kan milieuvriendelijkere batterijen mogelijk maken

Een nieuw concept voor een aluminium batterij heeft een dubbele energiedichtheid als eerdere versies, is gemaakt van overvloedige materialen en kan leiden tot lagere productiekosten en milieu-impact. Het idee heeft potentie voor grootschalige toepassingen, waaronder opslag van zonne- en windenergie. Onderzoekers van de Chalmers University of Technology, Zweden, en het National Institute of Chemistry, Slovenië, staan ​​achter het idee.

Het gebruik van aluminium batterijtechnologie kan verschillende voordelen bieden, waaronder een hoge theoretische energiedichtheid en het feit dat er al een gevestigde industrie bestaat voor de productie en recycling ervan. Vergeleken met de huidige lithium-ionbatterijen van', hebben de onderzoekers' nieuw concept kan leiden tot aanzienlijk lagere productiekosten.

& quot;De materiaalkosten en milieueffecten die we met ons nieuwe concept voor ogen hebben, zijn veel lager dan wat we vandaag zien, waardoor ze haalbaar zijn voor grootschalig gebruik, zoals zonnecelparken of opslag van windenergie, bijvoorbeeld," zegt Patrik Johansson, hoogleraar aan de afdeling natuurkunde van Chalmers.

& quot;Bovendien heeft ons nieuwe batterijconcept tweemaal de energiedichtheid in vergelijking met de aluminiumbatterijen die'state of the art' vandaag."

Bij eerdere ontwerpen voor aluminiumbatterijen werd aluminium als anode (de negatieve elektrode) en grafiet als kathode (de positieve elektrode) gebruikt. Maar grafiet levert een te lage energie-inhoud om batterijcellen te maken met voldoende prestaties om nuttig te zijn.

Maar in het nieuwe concept, gepresenteerd door Patrik Johansson en Chalmers, samen met een onderzoeksgroep in Ljubljana onder leiding van Robert Dominko, is het grafiet vervangen door een organische, nanogestructureerde kathode, gemaakt van het op koolstof gebaseerde molecuul antrachinon.

De antrachinonkathode is uitgebreid ontwikkeld door Jan Bitenc, voorheen gastonderzoeker bij Chalmers van de groep aan het National Institute of Chemistry in Slovenië.

Het voordeel van dit organische molecuul in het kathodemateriaal is dat het de opslag van positieve ladingsdragers van de elektrolyt, de oplossing waarin ionen tussen de elektroden bewegen, mogelijk maakt, wat een hogere energiedichtheid in de batterij mogelijk maakt.

& quot;Omdat het nieuwe kathodemateriaal het mogelijk maakt om een ​​meer geschikte ladingdrager te gebruiken, kunnen de batterijen het potentieel van aluminium' beter benutten. Nu gaan we verder met het zoeken naar een nog betere elektrolyt. De huidige versie bevat chloor -- daar willen we vanaf," zegt Chalmers-onderzoeker Niklas Lindahl, die de interne mechanismen bestudeert die energieopslag regelen.

Tot nu toe zijn er geen commercieel verkrijgbare aluminiumbatterijen en zelfs in de onderzoekswereld zijn ze relatief nieuw. De vraag is of aluminiumbatterijen uiteindelijk lithium-ionbatterijen kunnen vervangen.

& quot;Natuurlijk hopen we dat ze dat kunnen. Maar bovenal kunnen ze complementair zijn en ervoor zorgen dat lithium-ionbatterijen alleen worden gebruikt waar strikt noodzakelijk. Tot nu toe zijn aluminiumbatterijen slechts half zo energiedicht als lithium-ionbatterijen, maar ons doel op lange termijn is om dezelfde energiedichtheid te bereiken. Er blijft werk aan de winkel met de elektrolyt en met het ontwikkelen van betere oplaadmechanismen, maar aluminium is in principe een aanzienlijk betere ladingsdrager dan lithium, omdat het multivalent is -- wat betekent dat elk ion'compenseert' voor meerdere elektronen. Bovendien hebben de batterijen het potentieel om aanzienlijk minder milieubelastend te zijn," zegt Patrik Johansson.