Новый «зелёный» алюминиевый аккумулятор выдерживает 10 000 циклов заряда без потери ёмкости

Ученые совершили значительный прорыв в области накопления возобновляемой энергии, разработав высокоэффективный и безопасный алюминиево-ионный аккумулятор. Эта инновационная технология, подробно описанная в журнале ACS Central Science, представляет собой потенциальное решение ключевой проблемы масштабирования солнечной и ветровой энергетики, особенно актуальной для энергетической инфраструктуры США, где нестабильность энергоподачи из возобновляемых источников является серьёзным вызовом. Группа исследователей под руководством Вэй Вана и Шуцян Цзяо создала твердотельный алюминиево-ионный аккумулятор, демонстрирующий впечатляющую производительность и долговечность, превосходящую существующие аналоги. Главное отличие этой разработки от предшественников – использование инертной соли фторида алюминия (AlF₃) в электролите. Это позволило эффективно решить проблему коррозии, которая десятилетиями сдерживала развитие алюминиевых аккумуляторов. Традиционные алюминиевые батареи были крайне чувствительны к влаге и подвержены быстрому износу, что ограничивало их практическое применение. Фторид алюминия, напротив, обеспечивает стабильную и безопасную среду для электрохимических процессов, позволяя аккумулятору работать без значительной деградации даже при экстремальных условиях. Проведенные испытания показали, что аккумулятор способен выдержать более 10 000 циклов зарядки-разрядки с минимальной потерей емкости, что значительно превосходит характеристики большинства литий-ионных батарей в аналогичном режиме эксплуатации. Более того, разработанный аккумулятор демонстрирует исключительную устойчивость к механическим повреждениям и высоким температурам, сохраняя работоспособность даже при нагреве до 200°C. Это критически важно для применения в различных климатических условиях и упрощает требования к системам терморегуляции. Ученые особое внимание уделили экологическому аспекту. Значительная часть фторида алюминия может быть извлечена из отслужившего аккумулятора с помощью простой промывки и повторно использована в производстве новых батарей. Этот процесс позволяет значительно снизить экологический след технологии и повысить её экономическую эффективность за счет утилизации материалов. Сравнение с широко распространенными литий-ионными аккумуляторами подчеркивает преимущества новой технологии. Литий-ионные батареи, несмотря на высокую плотность энергии, имеют ряд существенных недостатков: высокую стоимость сырья (лития), сложные и дорогостоящие производственные процессы, риск возгорания и ограниченное количество циклов зарядки-разрядки. Разработанный алюминиевый аккумулятор, благодаря использованию более дешевого и распространенного алюминия и простого производственного процесса, обещает стать более экономически выгодной альтернативой для крупных систем хранения энергии. Для дальнейшего повышения производительности и долговечности, исследователи внедрили фторэтиленкарбонат (FEC) в качестве добавки к электролиту. FEC формирует на поверхности электродов тонкий, но прочный защитный слой, препятствующий образованию дендритов – кристаллов алюминия, которые могут прорасти через сепаратор и вызвать короткое замыкание. Эта мера существенно увеличивает срок службы аккумулятора и повышает его безопасность. Более того, исследователи изучают возможность использования различных модификаций фторида алюминия и других добавок в электролит для дальнейшего улучшения характеристик, например, увеличения плотности энергии и скорости зарядки. В заключение, разработка безопасного, долговечного и экономически эффективного алюминиево-ионного аккумулятора открывает новые перспективы для развития возобновляемой энергетики. Эта технология не только решает проблему хранения энергии от нестабильных источников, но и предлагает более экологически чистое и экономически выгодное решение по сравнению с традиционными технологиями, способствуя более широкому и устойчивому внедрению «зеленой» энергии. Дальнейшие исследования и оптимизация технологии обещают еще более впечатляющие результаты, делая алюминиево-ионные аккумуляторы перспективной альтернативой в энергетическом секторе будущего.