Aliuminis kaip katodinės srovės kolektorius
Aliuminis yra standartinė ličio -jonų baterijų katodinių srovės rinktuvų medžiaga, nes jis sudaro ploną, savaime-pasyvuojantį oksido sluoksnį, kuris atsparus korozijai esant dideliam katodų veikimo potencialui, paprastai 3-4,5 V, kur varis oksiduotųsi ir suirtų. Aliuminis taip pat turi praktinių pranašumų: jo tankis (maždaug 2,7 g/cm³) yra maždaug 60 % mažesnis nei vario, todėl sumažėja elektra varomų transporto priemonių ir nešiojamos elektronikos baterijų svoris, be to, jis yra daug pigesnis nei varis, todėl mažėja didelės apimties gamybos sąnaudos. Nors aliuminio elektrinis laidumas yra mažesnis nei vario, jo pakanka katodiniams kolektoriams, o paviršiaus apdorojimas, pvz., anglimi{11}}dengta folija, dar labiau pagerina elektronų perdavimą. 10{12}}20 mikronų storio aliuminio folija užtikrina lankstumą, reikalingą elektrodų apdorojimui nuo ritinėlio iki ritinio.
Energijos tankis ir šilumos valdymas
Naudojant lengvus aliuminio srovės kolektorius ir konstrukcinius komponentus, padidėja gravimetrinės energijos tankis akumuliatorių blokuose, o pranešama apie 15-20 %, palyginti su sunkesnėmis konstrukcijomis. Aliuminio šilumos laidumo koeficientas, apie 237 W/(m·K), efektyvus aušinant plokštes, šilumokaičius ir akumuliatorių korpusus, kurie reguliuoja elementų temperatūrą ir apsaugo nuo šilumos nutekėjimo. Ekstruziniai aliuminio aušinimo kanalai ir šaltos plokštės yra standartiniai elektromobilių akumuliatorių blokuose, o didelio stiprumo 6xxx serijos lydiniai sudaro lengvus korpusus, kurie apsaugo ląsteles ir atlaisvina vietos aktyvioms medžiagoms. Anoduoti arba padengti aliuminio paviršiai sumažina elektrolitų koroziją ir laikui bėgant išlaiko stabilų veikimą.
Iššūkiai ir švelninimai
Aliuminio reaktyvumas tam tikrose chemijose kelia iššūkių. Vandeniniuose elektrolituose, pvz., aliuminio-oro baterijose, aliuminis reaguoja su vandeniu, sudarydamas aliuminio hidroksidą ir išskiria vandenilį, kuris ardo anodą; inhibitoriai ir optimizuotos elektrolitų kompozicijos sumažina šią parazitinę reakciją. Aplinkoje, kurioje gausu chlorido, gali atsirasti taškinė korozija, o apsauginės dangos, pvz., anoduoto oksido sluoksniai arba grafeno oksido barjerai, blokuoja chlorido prasiskverbimą. Esant aukštai įtampai, izoliacinis oksido sluoksnis padidina sąsajos varžą, kuri sumažinama naudojant laidžius lydinius arba anglimi{5}} dengtą foliją. Galvaninė korozija daugiametalinėse sistemose valdoma izoliaciniais tarpsluoksniais, o savaiminė iškrova aliuminio-oro elementuose sumažinama dėl elektrolito konstrukcijos ir nanostruktūrinių anodų.
Lydinių ir dangų naujovės
Aliuminiu{0}}pagrįstos naujovės pagerina anodo ir katodo veikimą. Aliuminio legiravimas stabilizuoja nikelio{2}}katodų struktūras vandeninėse cinko-nikelio baterijose, sumažindamas šarminių elektrolitų skaidymąsi. Nikelio{5}}aliuminio katalizatorių lydiniai pagerina reakcijos kinetiką su vandeniliu{6}}susijusiose elektrocheminėse sistemose. Aliuminio pakeitimas sluoksniuotuose oksiduose natrio -jonų baterijose stabilizuoja kristalų struktūrą ir pagerina ciklo stabilumą, o aliuminio oksido paviršiaus dangos slopina mangano tirpimą ir pailgina katodo tarnavimo laiką. Papildomai pagaminti aliuminio lydiniai su nanoskalės eutektinėmis struktūromis užtikrina baterijų korpusų ir šilumos valdymo komponentų atsparumą šliaužimui aukštesnėje temperatūroje.
Aliuminio{0}}orinės baterijos
Aliuminio-oro akumuliatoriai išnaudoja didelį aliuminio elektrocheminės energijos tankį pirminei energijai kaupti, tačiau komercializacija susiduria su keliomis kliūtimis. Dėl parazitinės anodo korozijos prarandama talpa saugojimo metu, o apsauginis lydinys arba dangos padidina sąnaudas ir sudėtingumą. Deguonies mažinimui reikalingi veiksmingi katalizatoriai, o pigesnės alternatyvos greitai suyra ir sumažina ciklo trukmę. Šalutiniai išmetimo produktai, pvz., aliuminio hidroksido nuosėdos ir užsikimšę elektrodai, kuriems reikalingas elektrolitų valdymas, ir dauguma aliuminio -oro sistemų yra vienkartinės-, nes aliuminio oksidacija nėra lengvai pakeičiama. Standartizuotų komponentų ir perdirbimo infrastruktūra vis dar kuriama, todėl šios baterijos geriausiai tinka naudoti, kai ilgas galiojimo laikas ir didelis energijos tankis viršija pakeitimo išlaidas.
DUK
1 klausimas: kodėl katodo srovės kolektoriuose vietoj vario naudojamas aliuminis?
Aliuminis atsparus korozijai esant dideliam katodo potencialui, kai varis oksiduotųsi, ir yra lengvesnis bei pigesnis. Varis naudojamas anodo pusėje, kur aliuminis būtų legiruotas su ličiu.
2 klausimas: kokio storio aliuminio folija naudojama baterijose?
Katodinės srovės kolektoriaus folijos paprastai yra 10-20 mikronų storio, pakankamai plonos, kad maksimaliai padidintų energijos tankį, ir pakankamai tvirtos, kad būtų galima apdoroti ritinį į ritinį.
3 klausimas: kaip aliuminis padeda valdyti akumuliatoriaus šilumą?
Dėl didelio aliuminio šilumos laidumo jis veiksmingas aušinant plokštes, šaldymo plokštes ir aušintuvus, kurie pašalina šilumą iš elementų, padeda išvengti šilumos nutekėjimo ir pailgina ciklo tarnavimo laiką.
4 klausimas: ar aliuminio-oro baterijas galima įkrauti?
Dauguma komercinių aliuminio{0}}oro baterijų yra pirminės, vienkartinės{1}}sistemos, nes aliuminio oksidacijos reakciją sunku pakeisti. Yra įkraunamų prototipų, tačiau šiuo metu jų efektyvumas yra mažas, o jų veikimo laikas trumpas.
5 klausimas: ar akumuliatoriaus aliuminį galima perdirbti?
Taip. Aliuminio komponentai iš baterijų, įskaitant srovės kolektorius, korpusus ir aušinimo konstrukcijas, gali būti atgaunami per aliuminio perdirbimo srautus, taip remiant žiedinės ekonomikos tikslus energijos kaupimui.