Μια καλή μπαταρία απαιτεί δύο βασικά στοιχεία: υψηλή ενεργειακή πυκνότητα για την παροχή ενέργειας σε συσκευές και σταθερότητα για ασφαλή και αξιόπιστη επαναφόρτιση, επαναλαμβανόμενες φορές. Στις τελευταίες τρεις δεκαετίες, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου κυριαρχούν και χρησιμοποιούνται σε smartphone, φορητούς υπολογιστές και ηλεκτρικά οχήματα.
Ωστόσο, οι ερευνητές μπαταριών βρίσκονται προ των φραγμάτων της τεχνολογίας των ιόντων λιθίου. Καθώς τα πρώτα μεγάλα οχήματα και τα ηλεκτρικά αεροσκάφη της επόμενης γενιάς έρχονται στην αγορά, υπάρχει αυξανόμενη ζήτηση για πιο ασφαλείς, οικονομικές και ισχυρότερες μπαταρίες από αυτές που βασίζονται στα ιόντα του λιθίου.
Μια ομάδα ερευνητών από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Georgia, με επικεφαλής τον Matthew McDowell, αναπληρωτή καθηγητή στη Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών George W. Woodruff και στη Σχολή Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών, χρησιμοποιεί φύλλα αλουμινίου για τη δημιουργία μπαταριών με υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα και μεγαλύτερη σταθερότητα. Το νέο σύστημα μπαταριών της ομάδας αναμένεται να επιτρέψει στα ηλεκτρικά οχήματα να διανύουν μεγαλύτερες αποστάσεις με μία μόνο φόρτιση, ενώ θα έχει χαμηλότερο κόστος κατασκευής – και αμφότερα αυτά με θετικό αντίκτυπο στο περιβάλλον.
Τα πλεονεκτήματα του αλουμινίου
“Πάντα αναζητούμε μπαταρίες με υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, ούτως ώστε να επιτρέψουμε στα ηλεκτρικά οχήματα να διανύουν μεγαλύτερες αποστάσεις με μία μόνο φόρτιση”, επεσήμανε ο McDowell. “Είναι ενδιαφέρον ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το αλουμίνιο ως υλικό μπαταρίας, καθώς είναι οικονομικά αποδοτικό, εξαιρετικά ανακυκλώσιμο και εύκολο στη χρήση του.”
Η ιδέα της χρήσης αλουμινίου στη δημιουργία μπαταριών δεν είναι καινούργια. Οι ερευνητές είχαν εξετάσει τις δυνατότητες του αλουμινίου στη δεκαετία του 1970, αλλά τότε δεν είχε αποδώσει καλά αποτελέσματα.
Όταν χρησιμοποιείται σε μια συμβατική μπαταρία ιόντων λιθίου, το αλουμίνιο θρυμματίζεται και αποτυγχάνει σε λίγους κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης, λόγω της διαστολής και συστολής καθώς το λίθιο ταξιδεύει μέσα και έξω από το υλικό. Για αυτόν τον λόγο, οι εταιρείες είχαν καταλήξει ότι το αλουμίνιο δεν ήταν κατάλληλο υλικό για τη δημιουργία μπαταρίας και η ιδέα είχε εγκαταλειφθεί σε μεγάλο βαθμό.
Μπαταρίες Στερεού Τύπου
Η Επανάσταση στη Χρήση Αλουμινίου για Βελτιωμένες Μπαταρίες
Στον συναρπαστικό κόσμο της τεχνολογίας μπαταριών, ένα νέο είδος μπαταρίας έρχεται στο προσκήνιο: οι μπαταρίες στερεού τύπου. Σε αντίθεση με τις συμβατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου που περιέχουν εύφλεκτο υγρό, οι μπαταρίες στερεού τύπου αξιοποιούν ένα στερεό υλικό που δεν απειλεί την ασφάλειά τους. Στη συγκεκριμένη έρευνα, πραγματοποιείται μια επαναστατική προσέγγιση χρησιμοποιώντας αλουμίνιο ως το κύριο υλικό για την ανόδο της μπαταρίας.
Το έργο αυτό προέκυψε από μια συνεργασία ανάμεσα στην ομάδα ερευνητών από το Georgia Tech και την εταιρεία Novelis, μια κορυφαία εταιρεία στον τομέα της παραγωγής και ανακύκλωσης αλουμινίου στον κόσμο. Η ανακάλυψη αυτή παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα στους τομείς της απόδοσης, του κόστους και της διαδικασίας κατασκευής.
Αρχικά, τα φύλλα αλουμινίου αποτύπωσαν προβλήματα όταν χρησιμοποιήθηκαν απλά χωρίς προσθήκη άλλων υλικών σε αυτά. Αυτό οδήγησε την ομάδα ερευνητών σε πειραματιστικές προσεγγίσεις, όπως η προσθήκη μικρών ποσοτήτων άλλων υλικών στο αλουμίνιο για τη δημιουργία φύλλων αλουμινίου με ειδικές δομές. Τα πειράματα περιλάμβαναν τη δοκιμή περισσότερων από 100 διαφορετικών υλικών για να κατανοήσουν πώς αυτά τα υλικά αλληλεπιδρούν με τις μπαταρίες.
Το αποτέλεσμα ήταν εντυπωσιακό, καθώς η ανόδος αλουμινίου διαπίστωσε ότι μπορεί να αποθηκεύει περισσότερο λίθιο από τα παραδοσιακά υλικά ανόδου, προσφέροντας, συνεπώς, αυξημένη ενεργειακή απόδοση. Αυτό ανοίγει το δρόμο για την ανάπτυξη υψηλής ενεργειακής πυκνότητας μπαταριών που θα μπορούσαν να ξεπεράσουν τις συμβατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου.
Αυτή η ανακάλυψη ανοίγει την πόρτα για νέες τεχνολογίες μπαταριών και ενδεχομένως ανοίγει τον δρόμο για πιο ισχυρές μπαταρίες που μπορούν να τροφοδοτήσουν ηλεκτρικά αεροσκάφη για μεγάλες αποστάσεις.
