Een nieuw concept voor een aluminium batterij heeft twee keer de 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, inclusief opslag van zonne- en windenergie. Onderzoekers van de Chalmers University of Technology, Zweden, en het Nationaal Instituut voor Chemie, Slovenië, staan ​​achter het idee.

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

"De materiaalkosten en milieueffecten die we met ons nieuwe concept voor ogen hebben, zijn veel lager dan wat we vandaag zien, waardoor ze geschikt zijn voor grootschalig gebruik, zoals zonnecelparken, of opslag van windenergie, bijvoorbeeld, " zegt Patrik Johansson, professor aan het departement Natuurkunde in Chalmers.

"Aanvullend, ons nieuwe batterijconcept heeft twee keer de energiedichtheid in vergelijking met de aluminiumbatterijen die tegenwoordig ultramodern zijn."

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, het grafiet is vervangen door een organische, nanogestructureerde kathode, gemaakt van het op koolstof gebaseerde molecuul antrachinon.

De antrachinonkathode is uitgebreid ontwikkeld door Jan Bitenc, eerder 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 uit de elektrolyt mogelijk maakt, de oplossing waarin ionen tussen de elektroden bewegen, die een hogere energiedichtheid in de batterij mogelijk maken.

"Omdat het nieuwe kathodemateriaal het mogelijk maakt om een ​​meer geschikte ladingsdrager te gebruiken, de batterijen kunnen het potentieel van aluminium beter benutten. Nutsvoorzieningen, we gaan door 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 dusver, er zijn geen in de handel verkrijgbare aluminium batterijen, en zelfs in de onderzoekswereld zijn ze relatief nieuw. De vraag is of aluminiumbatterijen uiteindelijk lithium-ionbatterijen kunnen vervangen.

"Natuurlijk, we hopen dat ze dat kunnen. Maar vooral, ze kunnen complementair zijn, ervoor te zorgen dat lithium-ionbatterijen alleen worden gebruikt waar dit strikt noodzakelijk is. Tot dusver, aluminiumbatterijen zijn slechts half zo energiedicht als lithium-ionbatterijen, maar ons doel op lange termijn is om dezelfde energiedichtheid te bereiken. Er is nog werk aan de elektrolyt, en met de ontwikkeling van betere oplaadmechanismen, maar aluminium is in principe een beduidend betere ladingsdrager dan lithium, omdat het multivalent is - wat betekent dat elk ion verschillende elektronen 'compenseert'. Verder, de batterijen kunnen aanzienlijk minder schadelijk zijn voor het milieu, ", zegt Patrik Johansson.

"Concept en elektrochemisch mechanisme van een Al-metaalanode-organische kathodebatterij" is gepubliceerd in het tijdschrift Materialen voor energieopslag .