Как приблизиться к разработке коммерческого алюминий-ионного аккумулятора? На этот вопрос ищет ответ сотрудник лаборатории химических источников тока Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН кандидат химических наук Владимир Эльтерман.

Его проект поддержан грантом Российского научного фонда. Корреспондент «Науки Урала» поговорила с учёным-электрохимиком о его исследовании.

— В чём преимущества алюминий-ионных аккумуляторов (АИА) по сравнению с литий-ионными (ЛИА) и свинцово-кислотными аккумуляторами (СКА), которые сегодня широко используются?

— Эти популярные вторичные химические источники тока имеют ряд недостатков. У лития и кобальта высокая стоимость, и запасы их ограничены. Кроме того, физическое повреждение литий-ионного аккумулятора или короткое замыкание могут спровоцировать возгорание устройства. Ещё одна проблема — резкое уменьшение ёмкости, разрядного напряжения и количества циклов заряда/разряда ЛИА при температурах ниже 0 °C.

У свинцово-кислотных аккумуляторов относительно низкая удельная энергия на массу устройства, ограниченное количество циклов полной зарядки/разрядки, их необходимо хранить в заряженном состоянии, и они экологически не безопасны при неправильной утилизации аккумулятора.

Использование алюминия в качестве электродного материала аккумулятора открывает перспективу для разработки устройства хранения энергии с низкой стоимостью и высокой энергоёмкостью благодаря рекордной среди металлов теоретической объёмной ёмкости алюминия.

В алюминий-ионных аккумуляторах (АИА) в качестве электролита используются хлоралюминатные ионные жидкости, которые относятся к классу «зеленых» растворителей. Это обеспечивает пожаробезопасность при разгерметизации АИА, стабильность при сверхбыстрой зарядке в течение нескольких сотен тысяч циклов заряда/разряда и возможность его эксплуатации при температурах ниже –30 °C. Они более безопасны по сравнению с электролитами на основе эфирных растворителей, ароматических углеводородов, диалкилсульфонов. Однако хлоралюминатные ионные жидкости семейства 1,3-диалкилимидазолия, используемые сейчас в АИА, имеют высокую стоимость.

— В чём заключается ваше предложение?

— Я предлагаю рассмотреть хлоралюминатную ионную жидкость на основе гидрохлорида триэтиламина в качестве значительно более дёшевого — в 17 раз — аналога хлоралюминатной ИЖ на основе 1-этил-3-метилимидазолий хлорида — самого популярного на данный момент электролита для алюминий-ионных аккумуляторов. Но для проверки применимости конкурентного электролита в низкотемпературном АИА необходимо провести систематические исследования его физико-химических свойств: температуры плавления/кристаллизации, плотности, вязкости, электропроводности, числа переноса ионов. На основании полученных данных можно определить наиболее подходящие составы этой ионной жидкости для АИА. Электрохимические испытания лабораторного макета АИА покажут его работоспособность при температурах до –30 °С, что актуально для многих российских регионов с холодной зимой.

Таким образом, реализация проекта позволит не только получить новые теоретические знания о хлоралюминатной ионной жидкости на основе гидрохлорида триэтиламина, но и разработать коммерческий алюминий-ионный аккумулятор, заменив органическую соль на более дешёвую.

Текст: Е. Понизовкина.
Источник: «Наука Урала».