Forskere præsenterer ultrahurtigt aluminiumbatteri

Forskere har længe set på mulighederne for at udvikle et batteri med udgangspunkt i det billige metal aluminium. Nu er det lykkedes for amerikanske forskere fra Stanford University. Deres aluminiumbatteri kan genoplades på omkring ét minut og mange flere gange end de almindelige lithium-ion-batterier.

»Vi har udviklet et genopladeligt aluminiumbatteri, der formentlig kan erstatte eksisterende lagringsenheder såsom alkaline-batterier, der er dårlige for miljøet, og lithium-ion-batterier, der i tide og utide bryder i brand. Vores nye batteri vil ikke bryde i brand, selv hvis du borer i det,« siger Hongjie Dai, der er professor i kemi ved Stanford University og har ledet udviklingen af det nye batteri, i en pressemeddelelse fra universitetet.

Resultaterne fra det nye batteri er præsenteret i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Nature.

7.500 genopladninger senere

Fordelene ved at anvende aluminium er ifølge forskerne, at det er billigt, har en lav brandrisiko og kan lagre meget energi. Indtil videre har udfordringen med aluminiumbatterier dog været at finde et materiale, der kan skabe den fornødne spænding efter gentagne opladninger. Den udfordring har de løst på Stanford University.

»Folk har afprøvet forskellige slags materiale til katoden. Vi fandt tilfældigvis ud af, at en nem løsning er at bruge grafit. I vores studie har vi identificeret nogle få typer af grafit, der kan give os en god performance,« siger Hongjie Dai i pressemeddelelsen.

Ifølge pressemeddelelsen kan batteriet holde til mere end 7.500 genopladninger uden at tabe kapacitet. Til sammenligning kan et normalt lithium-ion-batteri kun holde til omkring 1.000 genopladninger.

Batteriet kan forbedres

Selv om batteriet ser ud til at ville gøre sig godt på det kommercielle marked, erkender forskerne, at det kræver en videreudvikling. Batteriet kan nemlig ikke hamle op med lithium-ion-batteriernes høje spænding.

»Vores batteri producerer omkring den halve spænding af et typisk lithium-ion-batteri. Men ved at forbedre katodematerialet kan vi formentlig øge spændingen og energitætheden. På den anden side har vores batteri alt, man kan drømme om. Billige elektroder, høj sikkerhed, hurtig genopladning, fleksibilitet og en lang levetid,« siger Hongjie Dai.

Læs også: Lithium-ion-batteri med lang levetid kan genoplades på to minutter

Emner : Batterier
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Det lyder jo alt i alt som nogle fornuftige forbedringer, men hvad med den forventede kapacitet? Er det et "miljø"-batteri som primært er tiltænkt større kommercielle formål som energilagring i hjem, centralt på energinettet og i forbindelse med solceller, eller er det til elektronik-/bilbranchen? Kapacitet og spænding i lille formfaktor er alpha&omega i sidstnævnte.

  • 0
  • 0

Som med alle de tidligere artikler om nært forestående vidunderbatterier, så ender det her nok heller aldrig på markedet.

Artiklen er nu rimelig nok, da den ret nøgternt fortæller hvad Standford forskerne kan fremvise her og nu - og selv overskriften er for en gang skyld ok, i stedet for det sædvanlige her-er, nu-kan-du-købe, lammetæver, giver-baghjul, li-ion-dræber, osv.

Mht. effekten læste jeg et eller andet sted (kan ikke lige finde det igen) at den pt ligger mellem halvdelen og en fjerdedel rent vægtmæssigt i forhold til li-ion batterier - det er vel så ok hvis batteriet skal indgå i stationære forhold, men det kommer så også an på virkningsgrad og selvafladning.

Under alle omstændigheder er det da spændende og positivt at der forskes i nye og bedre batterityper.

  • 0
  • 0

Elon Musk siger at omkostningerne til et litium batteri er 150 USD per kWt i råmaterialer og ca 300 i forarbejdning. Så materialer er ikke alt. (men de er heller ikke intet)

  • 0
  • 0

En del af den høje omkostning ved at bruge lithium er at metallet er så reaktivt og derfor svært at arbejde med... Hvis du får et materiale der er nemmere at arbejde med, så bliver det formentligt også billigere at arbejde med. Hvad der er mere interessant, er om katoden er simpel at lave. Mange af de hersens vidunderbatterier er bygget op om ekstremt komplekse nano-engineered katoder der koster det blege, ikke kan skaleres op, nedbrydes hurtigt eller what-not.

Så det er interessant hvad det er for en grafit katode!

  • 0
  • 0

Jeg kan ikke forstå det som andet end en superkondensator ((supercapacitor), som der findes flere varianter af!

John Larsson

  • 0
  • 0

Fra mit link: "The battery operates through the electrochemical deposition and dissolution of aluminium at the anode, and intercalation/de-intercalation of chloroaluminate anions in the graphite, using a non-flammable ionic liquid electrolyte" - Altså et batteri.

  • 0
  • 0

De skriver at katoden kan være enten pyrolytisk grafit-folie eller grafitagtig-skum.

Citat: "...The cathode was made from either pyrolytic graphite (PG) foil (17 um) or a three-dimensional graphitic foam 9,10..."

  • 0
  • 0

Akkumulatoren er ikke en superkondensator, men en Al-C-Cl-akkumulator, der har en stor (mulig) strømtæthed på ca. 4000A/kg (med grafitagtig skumkatode) (svarer til 3kW/kg).

Akkumulatoren kan op-/af-lades på mindre end ét minut (75 C; her 5000A/kg, med grafitagtig skumkatode).

-

Elektrolytten er ultra vandfri (rest vand: 500ppm) AlCl3 blandet med 1-ethyl-3-methylimidazolium-chloride ([EMIm]Cl).

Hvis der er vand i elektrolytblandingen, vil der laves frit hydrogen under opladning - og akkumulatorens Columbeffektivitet og cyklusstabilitet daler.

Cellespænding ca. 2,25-1,5V under afladning.

Under opladning må cellespændingen max. være 2,45V.

Columbeffektivitet: 98.1+-0,4%

Akkumulatoren er testen til mere end 7500 fulde ladecykler uden kapacitetsfald (citat "to withstand more than 7,500 cycles without capacity decay") - og uden fald i Columbeffektiviteten.

Det vides ikke hvor stor selvafladningen er.

(kilde: Artiklen i Nature)

Akkumulatoren vil være perfekt i mobiltelefoner, elnettet, metro, elakkutog, hybrid-biler/busser og elbiler/elbusser osv. grundet den hurtige op-/af-lade mulighed.

Køretøjet kan lades op (fra andre akkumulatorer) mens man holder for fx rødt lys.

  • 0
  • 0

Det er imponerende så voldsomt den kan lade og aflade, men hjælper det ved en bil? Et 40kWt batteri, som svarer til ~16liter benzin, kræver 300kW for at lade på 10 minutter. Det kræver både solide kabler og nogle solide ladekredsløb, da de skal håndtere noget i retning af 1000A. Der må trods alt være noget fremtid i batteribytte, eller luft-metal typer hvor man blot udskifter metallet.

  • 0
  • 0

Jeg tænker på en kondensator som et komponent der oplader energi som et elektrisk felt.

Det vi forstår ved en kondensator, (eller mere korrekt: en kapacitans) er en tobenet elektrisk komponent der opfylder ligningen:

Spænding delt med ladning = konstant.

Rent kredsløbsteknisk er det inderligt ligegyldigt om det er elektriske felter eller små nisser med gule spande der får den til at opfylde den relation.

I praksis er det altid elektriske felter ved høje frekvenser, men når vi taler elektrolytkondensatorer og lave frekvenser begynder det at lugte mere og mere af kemi.

  • 0
  • 0

Det vi forstår ved en kondensator, (eller mere korrekt: en kapacitans) er en tobenet elektrisk komponent der opfylder ligningen:

Spænding delt med ladning = konstant.

Tak Poul-Henning! For mig er kapacitans nu en egenskab ved en kondensator, men lad nu det semantiske ligge! Jeg har læst den link Anders kom med og min interessere er egentlig mest hvad dimsen har for en selvafladning; det står der jo intet om. Det er vel sådan at kondensatorer (og superkondensatorer!) har en betydeligt større selvafladning end hvad traditionelle akkumulatorer har? Selvafladningen er jo til syvende og sidst ret interessant, når man tænker på hvad dimsen skal kunne bruges til!

  • 0
  • 0

Det er imponerende så voldsomt den kan lade og aflade, men hjælper det ved en bil?

Ja, det hjælper, og det er bl.a. et skridt på vejen mod endnu kraftigere regenerativ opbremsning. De fleste elbiler har mærkbart mere begrænset motorbremsning end selve motoren (eller motorerne i den nye Tesla) kan klare, og det er for at skåne batterierne. Måske er batterier med egenskaber som disse samt en motor pr hjul et skridt på vejen til at eliminere friktionsbremserne. Elmotorer har færre bevægelige dele end skivebremser og burde være ligeså pålidelige som bremser. Motorerne bliver måske in-wheel eller som her i Mercedes SLS https://www.youtube.com/watch?v=IElqf-FCMs8 (spring evt 15 min ind i videoen og ignorer, at det er lidt svært at forstå negative torque, når man har benzin i blodet;)

  • 0
  • 0

Elmotorer har færre bevægelige dele end skivebremser og burde være ligeså pålidelige som bremser. Motorerne bliver måske in-wheel eller som her i Mercedes SLS

Jeg tror ikke så meget på "in-wheel" for almindelige biler som også skal være sikre og have et godt vejgreb i høj fart. Skivebremser kan måske synes være komplekse, men elmotorer i hjulene betyder en stor uaffjedret masse; det er ikke godt! Nu er jeg ikke klar over om Mecedes-konceptet også omfatter regenerativ bremsning, men "det hele" skal ud af hjulet, og motorerne har det i hvert fald bedst dér, hvor man kan styre kølingen, uden at få fugt i systemerne!

John Larsson

  • 0
  • 0

Tak for videoen Mads Aarup,

virkelig spændende at få antydet hvilke nye muligheder der åbner sig med elektriske biler. Jeg tror på 1 motor pr hjul og regenerativ bremsning. Jeg vil gætte på at man (i en overgangsperiode) vil køre med 2 typer batteri/kapacitor: Et med stor energitæthed (for at sikre den så psykologisk vigtige rækkevidde) og et som kan klare klare kraftig op og afladning, og rigtig mange af dem til opsamling af bremseenergi og 'boost' af acceleration (en form for super-kapacitor). Her ville Al-ion måske kunne komme i spil?

I øvrigt: så vidt jeg kan se af videoen sidder motorerne ikke ude i selve hjulet men inde i midten af bilen (se 15:04), hvilket også giver god mening da man gerne vil reducere den ikke-affjedrede masse af hensyn til vejgreb som John Larsson også skriver.

Og så kan jeg ikke forstå hvad al mystikken om negativt moment handler om. Det er vel bare det man kaldte "at bremse" i gamle dage :-)

  • 0
  • 0

Så er vi vist tilbage ved definitionerne igen :-)

I min verden er det at bremse lig med negativt (dvs modsat rettet) moment. Om det bliver skabt af en motor der trækker den modsatte vej (som generator), eller en bremseklods der klemmer om en skive ser jeg ikke den store forskel på. Og så findes det vel allerede i dag i form af ESC/ESP?

Audi har også lavet en torque vectoring løsning vha deres quattro sportsdifferentiale: https://www.youtube.com/watch?v=rQowh2Kr38s Men det er da givet vis både bedre (som i hurtigere og mere fleksibelt og opgradérbart) og billigere (færre mekaniske dele og mindre vedligehold) at lave det med 4 elektromotorer.

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten