Nhôm dồi dào hơn và rẻ hơn lithium, khiến nó có tiềm năng hấp dẫn trong việc lưu trữ năng lượng quy mô lớn ngay cả khi công nghệ không bao giờ đủ nhẹ để sử dụng trong ô tô hoặc điện thoại.
Nhôm cũng có lợi thế hơn liti là nó có thể được sử dụng ở dạng kim loại mà không lo ngại về an toàn mà liti kim loại gây ra.
Nhóm của Cornell bắt đầu tìm hiểu lý do tại sao pin nhôm phát triển ngắn mạch và chết chỉ sau một vài chu kỳ sạc - xả - nghiên cứu một tế bào đơn giản, nơi một cực âm bằng nhôm kim loại đối diện với cực dương bằng thép không gỉ qua một bộ tách sợi thủy tinh ngâm trong chất điện phân.
Các đỉnh nhôm cao có khoảng cách thưa thớt mọc trên thép không gỉ trong một vài chu kỳ phóng điện tích, đẩy qua sợi thủy tinh và ngắn lại đến điện cực nhôm đối diện. Điều này cũng đúng khi sử dụng bọt niken không phẳng thay vì thép không gỉ phẳng.
Theo Cornell, những trầm tích miền núi này đã khóa chặt nhôm, dẫn đến việc giảm năng lượng tích trữ trong thời gian ngắn của tế bào theo chu kỳ.
Không có kiến thức nào trong số này là kiến thức mới, cũng không phải điều tiếp theo mà Cornell xác nhận: một phần quan trọng của vấn đề là mong muốn của aluminium phản ứng với bộ tách sợi thủy tinh và sự thiếu nhiệt tình của nó đối với bề mặt anot bằng thép không gỉ hoặc niken.
Câu hỏi trở thành: có một bề mặt điện cực mà nhôm muốn liên kết với nhiều hơn các sợi thủy tinh.
Và câu trả lời của Cornell là 'có': sợi carbon có bề mặt bị oxy hóa - bề mặt cho phép hình thành liên kết CO-Al, liên kết sợi với kim loại.
Quá trình oxy hóa không xảy ra khi tiếp xúc với chất điện phân, là hỗn hợp của imidazolium clorua và nhôm clorua, tự nhiên dính oxy vào các khuyết tật phong phú trên bề mặt carbon.
Thay vì hình thành các cực đại, các ion nhôm đáp xuống bề mặt cacbon bị oxy hóa tích tụ theo hướng sang một bên thay vì hướng lên trên, tạo thành một lớp tinh thể kích thước nano đồng đều (xem hình ảnh). Ngay cả khi các tinh thể lớn hơn phát triển sau khi bề mặt được bao phủ hoàn toàn, chúng vẫn ở mức thấp và không leo lên đỉnh - và điều này vẫn đúng ở các dòng cao hơn thường khuyến khích sự phát triển không đồng đều.
Các cực dương đã trở lại trên 99% nhôm lắng đọng thông qua hàng trăm chu kỳ sạc - xả trong hàng nghìn giờ - hoặc thậm chí hàng nghìn chu kỳ, tùy thuộc vào dòng điện và 1% cuối cùng còn lại mỗi lần.
Sau đó, một lớp phủ dựa trên carbon đã được tìm thấy cho thép không gỉ có tác dụng tương tự và một phiên bản sửa đổi của kỹ thuật cho thấy hứa hẹn đối với pin kẽm kim loại.
Đại học Cornell đã làm việc với Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven và Đại học Bang New York tại Stony Brook.
Nghiên cứu này được đề cập trong bài báo Nature Energy 'Điều chỉnh hình thái lắng đọng điện trong các cực dương của pin nhôm và kẽm dung lượng cao bằng cách sử dụng liên kết kim loại - bề mặt giao diện'.