アルミニウムはリチウムよりも豊富で安価であるため、たとえ テクノロジー 自動車や電話で使用できるほど軽くなることはありませんでした。
アルミニウムには、金属リチウムが引き起こす安全性への懸念を持たずに金属の形で使用できるというリチウムと比較した利点もあります。
コーネル大学のチームは、アルミニウム電池がわずか数回の充放電サイクルで短絡を起こし、寿命を迎える理由の解明に着手しました。金属アルミニウムのカソードが、電解液に浸したガラス繊維セパレータを挟んでステンレス鋼のアノードと対向する単純な電池を研究しました。
数回の充放電サイクルでステンレス鋼上に疎らに配置された高いアルミニウムのピークが成長し、ガラス繊維を突き抜けて反対側のアルミニウム電極に短絡しました。 平らなステンレス鋼の代わりに非平面状のニッケル発泡体を使用した場合も同様でした。
コーネル氏によると、これらの山状の堆積物がアルミニウムを閉じ込め、その結果、セルの短い寿命の間に蓄積エネルギーがサイクルごとに減少したという。
これらはいずれも新しい知識ではなく、コーネル氏が次に確認したことも、問題の重要な部分はアルミニウムがガラス繊維セパレータと反応したいという欲求と、ステンレス鋼やニッケルのアノード表面に対するアルミニウムの熱意の欠如であるということだった。
問題は、アルミニウムがガラス繊維よりもはるかに接着したい電極表面があるかどうかということです。
そして、コーネル大学の答えは「はい」でした。酸化された表面を持つ炭素繊維、つまり CO-Al 結合の形成を可能にし、繊維と金属を結びつけるものです。
電解質は塩化イミダゾリウムと塩化アルミニウムの混合物であり、カーボン表面の多数の欠陥に酸素を自然に付着させるため、酸化は解除されます。
酸化炭素表面に着地したアルミニウムのイオンは、ピークを形成する代わりに、上向きではなく横向きに蓄積し、ナノスケール結晶の均一なマットを形成しました。写真を見る）。 表面が完全に覆われて大きな結晶が成長した場合でも、結晶は低い位置に留まり、頂上に登ることはありませんでした。これは、通常は不均一な成長を促進するより高い流れでも同様でした。
アノードは、数千時間にわたる数百回の充放電サイクルを通じて、堆積されたアルミニウムの 99% をはるかに超えて戻ります。電流と毎回の最後の 1% がどれだけ残っているかによっては、場合によっては数千サイクルにも及ぶこともあります。
その後、同様の効果を持つ炭素ベースのコーティングがステンレス鋼で発見され、この技術の改良版は金属亜鉛電池での有望性を示しています。
コーネル大学はブルックヘブン国立研究所およびニューヨーク州立大学ストーニーブルック校と協力しました。
この研究は、Nature Energy の論文「界面金属と基板の結合を使用した高容量アルミニウムおよび亜鉛電池アノードの電着形態の制御」で取り上げられています。