Jumlah aluminium lebih banyak dan lebih murah dibandingkan litium, sehingga berpotensi menarik untuk penyimpanan energi skala besar meskipun teknologi tidak pernah cukup ringan untuk penggunaan otomotif atau telepon.
Aluminium juga memiliki keunggulan dibandingkan lithium yang dapat digunakan dalam bentuk logam tanpa masalah keamanan yang timbul dari litium logam.
Tim Cornell berangkat untuk menemukan mengapa baterai aluminium mengalami korsleting dan mati hanya setelah beberapa siklus pengisian daya - mempelajari sel sederhana tempat katoda aluminium logam menghadap anoda baja tahan karat di pemisah serat kaca yang direndam dalam elektrolit.
Puncak aluminium dengan jarak jarang yang tinggi tumbuh pada baja tahan karat dalam beberapa siklus pelepasan muatan, mendorong melalui serat kaca dan menyingkat ke elektroda aluminium yang berlawanan. Hal yang sama juga terjadi dengan menggunakan busa nikel non-planar, bukan baja tahan karat datar.
Endapan pegunungan ini mengunci aluminium, menghasilkan pengurangan siklus demi siklus dalam energi yang tersimpan dalam umur pendek sel, menurut Cornell.
Tak satu pun dari ini adalah pengetahuan baru, juga bukan hal berikutnya yang dikonfirmasi Cornell: bahwa bagian penting dari masalah ini adalah keinginan aluminium untuk bereaksi dengan pemisah serat kaca, dan kurangnya antusiasme terhadap permukaan anoda baja tahan karat atau nikel.
Pertanyaannya menjadi: adakah permukaan elektroda yang ingin direkatkan oleh aluminium lebih dari serat kaca.
Dan jawaban Cornell adalah 'ya': serat karbon dengan permukaan teroksidasi - yang memungkinkan ikatan CO-Al terbentuk, menghubungkan serat dengan logam.
Oksidasi datang bebas dengan paparan elektrolit, yang merupakan campuran imidazolium klorida dan aluminium klorida yang secara alami menempelkan oksigen ke banyak cacat pada permukaan karbon.
Alih-alih membentuk puncak, ion aluminium yang mendarat di permukaan karbon teroksidasi terakumulasi ke samping bukan ke atas, membentuk lapisan kristal berskala nano (melihat foto). Bahkan ketika kristal yang lebih besar tumbuh setelah permukaan tertutup seluruhnya, mereka tetap rendah dan tidak naik ke puncak - dan ini tetap berlaku pada arus yang lebih tinggi yang biasanya akan mendorong pertumbuhan yang tidak merata.
Anoda telah mengembalikan jauh di atas 99% dari endapan aluminium melalui ratusan siklus pelepasan muatan selama ribuan jam - atau bahkan ribuan siklus, tergantung pada arus dan berapa banyak dari 1% terakhir yang tersisa setiap saat.
Selanjutnya, lapisan berbasis karbon ditemukan untuk baja tahan karat yang memiliki efek serupa, dan versi modifikasi dari teknik tersebut menunjukkan harapan untuk baterai seng logam.
Cornell University bekerja dengan Brookhaven National Laboratory dan State University of New York di Stony Brook.
Penelitian ini tercakup dalam makalah Nature Energy 'Mengatur morfologi elektrodeposisi dalam anoda baterai aluminium dan seng berkapasitas tinggi menggunakan ikatan logam-substrat antarmuka'.