Aluminium-Schwefel-Batterie für kleine Speicher für 8,99 $/kWh
Batterie, Kosten, Photovoltaik, Energie, neue Technologie
Forscher am Massachusetts Institute of Technology haben eine Batterie mit zwei Elektroden aus Aluminium und Schwefel und einem dazwischen platzierten geschmolzenen Salzelektrolyten entwickelt. Sie sagten, dass Schwefelelektroden mit einer hohen Beladung von 12,0 mg cm2 eine hohe Kapazität von 520 mAh g–1 über 100 Zyklen bei 5 °C aufrechterhalten können.
Ein vom Massachusetts Institute of Technology geleitetes Forschungsteam hat einen neuen Typ entwickelt Batterie Aluminium-Schwefel, das gegenüber Dendritenkurzschlüssen resistent sein soll.
„Die Batterie ist für kleine, stationäre Energiespeicheranwendungen gedacht“, sagte Forscher Donald R. Sadoway. „Die Kommerzialisierung ist beim US-Startup Avanti Battery Company im Gange.“
Dendriten sind winzige, nadelartige Ausstülpungen, die im Inneren einer Batterie wachsen und eine Reihe unerwünschter Effekte verursachen können, darunter im schlimmsten Fall einen vollständigen Batterieausfall und sogar Brände.
Die Batterie basiert auf zwei Elektroden aus Aluminium und Schwefel und einem dazwischen angeordneten geschmolzenen Salzelektrolyten. Der Elektrolyt bestand aus Natriumchlorid (NaCl), Kaliumchlorid (KCl) und Aluminiumchlorid (AlCl 3 ) und wurde mit hohen Anteilen an AlCl 3 hergestellt.
„Wir zeigen, dass diese der Schlüssel zur Unterstützung der ultraschnellen Aluminium-Elektroabscheidung (Zellenaufladung) bei gleichzeitiger Veränderung der Dendritenbildung sind“, sagten die Wissenschaftler mit Bezug auf die drei Verbindungen.
Sie sind im Vergleich zu Lithium, Nickel, Kobalt und Graphit, die in Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden, extrem billig und reichlich vorhanden.
„Das von uns gewählte Chloraluminatsalz entfernte im Wesentlichen die Dendriten und ermöglichte gleichzeitig ein sehr schnelles Laden“, erklärte Sadoway. „Wir haben Experimente mit sehr hohen Laderaten durchgeführt, die Ladung dauerte weniger als eine Minute, und wir haben nie Zellen durch Dendritenkurzschlüsse verloren.“
Die Forscher sagten, dass Schwefelelektroden mit einer hohen Beladung von 12,0 mg cm² bei 2 °C eine hohe Kapazität von 520 mAh g–1 über mehr als 100 Zyklen aufrechterhalten können.
„Die volle Zugänglichkeit der Elektrodenkapazität führen wir auf die vorteilhaft niedrige Oberflächenspannung der Chloraluminatschmelze zurück“, sagten sie.
„Unsere Batterie hat einen doppelten wirtschaftlichen Nutzen. Erstens, angesichts der großen Menge aller Komponenten, Aluminium, Schwefel, NaCl, KCl und AlCl3 liegen die geschätzten Zellkosten unserer Al-S-Batterie bei nur 8,99 US-Dollar pro kWh, was 12 bis 16 Prozent der Kosten aktueller Lithium-Ionen-Batterien entspricht“, so der Wissenschaftler. „Wir zeigen außerdem, dass die Verwendung von minderwertigem Aluminium (z. B. Lebensmittelverpackungsfolie) in der negativen Elektrode nicht zu einer spürbaren Verschlechterung der Zellleistung führt.“
Zum Forschungsteam gehörten Mitglieder der Peking-Universität, der Yunnan-Universität, der Technischen Universität Wuhan, der University of Louisville, des Oak Ridge National Laboratory und der University of Waterloo.
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