Ett nytt koncept för ett aluminiumbatteri har dubbelt så hög energitäthet som tidigare versioner, är gjord av rikligt med material, och kan leda till minskade produktionskostnader och miljöpåverkan. Idén har potential för storskaliga tillämpningar, inklusive lagring av sol- och vindenergi. Forskare från Chalmers tekniska högskola, Sverige, och National Institute of Chemistry, Slovenien, ligger bakom idén.

Att använda aluminiumbatteriteknik kan erbjuda flera fördelar, inklusive en hög teoretisk energitäthet, och det faktum att det redan finns en etablerad industri för tillverkning och återvinning. Jämfört med dagens litiumjonbatterier, forskarnas nya koncept kan resultera i markant lägre produktionskostnader.

"Materialkostnaderna och miljöpåverkan som vi föreställer oss från vårt nya koncept är mycket lägre än vad vi ser idag, gör dem möjliga för storskalig användning, som solcellsparker, eller lagring av vindenergi, till exempel, säger Patrik Johansson, professor vid institutionen för fysik på Chalmers.

"Dessutom, vårt nya batterikoncept har dubbelt så mycket energitäthet jämfört med de aluminiumbatterier som är toppmoderna idag."

Tidigare konstruktioner för aluminiumbatterier har använt aluminium som anod (den negativa elektroden) och grafit som katod (den positiva elektroden). Men grafit ger för lågt energiinnehåll för att skapa battericeller med tillräckligt med prestanda för att vara användbart.

Men i det nya konceptet, presenterad av Patrik Johansson och Chalmers, tillsammans med en forskargrupp i Ljubljana ledd av Robert Dominko, grafiten har ersatts av en organisk, nanostrukturerad katod, gjord av den kolbaserade molekylen antrakinon.

Antrakinonkatoden har utvecklats omfattande av Jan Bitenc, tidigare gästforskare på Chalmers från gruppen vid National Institute of Chemistry i Slovenien.

Fördelen med denna organiska molekyl i katodmaterialet är att den möjliggör lagring av positiva laddningsbärare från elektrolyten, lösningen där joner rör sig mellan elektroderna, som möjliggör högre energitäthet i batteriet.

"Eftersom det nya katodmaterialet gör det möjligt att använda en mer lämplig laddningsbärare, batterierna kan utnyttja aluminiumets potential bättre. Nu, vi fortsätter arbetet med att leta efter en ännu bättre elektrolyt. Den nuvarande versionen innehåller klor – det vill vi bli av med, säger Chalmers -forskaren Niklas Lindahl, som studerar de interna mekanismerna som styr energilagring.

Än så länge, det finns inga kommersiellt tillgängliga aluminiumbatterier, och även inom forskarvärlden är de relativt nya. Frågan är om aluminiumbatterier på sikt kan ersätta litiumjonbatterier.

"Självklart, vi hoppas att de kan. Men framför allt, de kan vara komplementära, se till att litiumjonbatterier endast används där det är absolut nödvändigt. Än så länge, aluminiumbatterier är bara hälften så energitäta som litiumjonbatterier, men vårt långsiktiga mål är att uppnå samma energitäthet. Det återstår arbete att göra med elektrolyten, och med att utveckla bättre laddningsmekanismer, men aluminium är i princip en betydligt bättre laddningsbärare än litium, eftersom den är multivalent – ​​vilket betyder att varje jon "kompenserar" för flera elektroner. Vidare, batterierna har potential att vara betydligt mindre miljöskadliga, säger Patrik Johansson.

"Koncept och elektrokemisk mekanism för ett Al-metallanod-organiskt katodbatteri" publiceras i tidskriften Energilagringsmaterial .