Aceste baterii fragile și futuriste funcționează mai mult cu puțin ulei

Bateriile care folosesc aluminiu și oxigen în mod normal trăiesc rapid și mor tineri. Dar un nou design ar putea ajuta aceste dispozitive de înaltă energie să reziste.

Bateriile aluminiu-aer sunt candidați promițători pentru o nouă generație de baterii nereîncărcabile, deoarece sunt super ușoare și compacte. Cu toate acestea, bateriile nu sunt utilizate pe scară largă deoarece componentele lor interne se degradează rapid unele pe altele. În noua configurație aluminiu-aer, descrisă în 9 noiembrie Ştiinţă, uleiul acționează ca un tampon între componentele corozive ale bateriei pentru a prelungi foarte mult durata de viață a dispozitivului. Astfel de baterii îmbunătățite de unică folosință ar putea furniza energie de rezervă mașinilor electrice sau ar putea furniza energie în regiuni îndepărtate, în afara rețelei.

„Acesta este un design foarte inteligent”, spune Yiying Wu, un chimist la Universitatea de Stat din Ohio, care nu este implicat în lucrare. Schema de ulei-tampon ar putea îmbunătăți, de asemenea, alte tipuri de baterii metal-aer susceptibile la auto-coroziune, cum ar fi dispozitivele zinc-aer, spune el (SN: 21/01/17, str. 22).

Fiecare celulă de baterie aluminiu-aer conține doi electrozi, un anod de aluminiu și un catod, separați de un lichid numit electrolit. Moleculele de oxigen aspirate din aer intră în catod, unde reacţionează cu electronii şi particulele de aluminiu care curg prin electrolitul din anod, eliberând energie pentru alimentarea electronicelor. Din păcate, când bateria este în standby, electrolitul apos mănâncă anodul de aluminiu.

„Este în esență ca o unealtă ruginită”, spune coautorul studiului Brandon Hopkins, inginer mecanic la Laboratorul de Cercetare Navală din Washington, DC, care a făcut munca la MIT. „Dacă puneți aluminiu – sau într-adevăr orice metal – în apă, va începe să ruginească și să se corodeze.” Ca rezultat, bateriile aluminiu-aer pot pierde aproximativ 80% din încărcarea stocată doar stând pe un raft timp de o lună.

Hopkins și colegii au construit un dispozitiv mai durabil din aluminiu-aer prin inserarea unei membrane polimerice între electrozii celulei. Când bateria alimentează un dispozitiv, electrolitul este pompat în zonele de pe ambele părți ale membranei dintr-un rezervor. Când celula nu este utilizată, electrolitul este drenat de pe partea laterală a membranei de lângă anodul de aluminiu și uleiul curge înăuntru pentru a-l înlocui. Acest ulei protejează aluminiul de electrolitul de pe cealaltă parte a membranei. De îndată ce bateria este reactivată, uleiul este pompat și stocat, iar electrolitul curge înapoi.

În experimentele de laborator, echipa lui Hopkins a folosit noua celulă a bateriei, precum și o celulă din aluminiu-aer fără tampon de ulei, pentru intervale de cinci minute, cu pauze de 24 sau 72 de ore între fiecare interval. Electrolitul din interiorul bateriei convenționale a mâncat prin anodul de aluminiu în doar câteva zile și celula a murit. Dar electrolitul din interiorul bateriei echipate cu ulei a corodat anodul de aluminiu mult mai lent, iar bateria a funcționat câteva săptămâni înainte ca energia celulei să fie complet epuizată.

Producția de energie a prototipului cu o singură celulă ar putea fi crescută fie prin realizarea unei versiuni mai mari, fie prin stivuirea mai multor celule într-un pachet de baterii. „Cercetătorii trebuie încă să investigheze performanța, costul și fiabilitatea unui pachet de baterii la scară largă”, spune Wu.

Pe lângă faptul că servesc drept sursă de energie de urgență pentru vehiculele electrice, astfel de celule ușoare ar putea alimenta drone cu rază lungă de acțiune, spune Hopkins. Bateriile aluminiu-aer ar putea furniza energie în afara rețelei personalului militar și civililor din zonele îndepărtate.