Aluminium-ion battery (original) (raw)
Les accumulateurs aluminium-ion sont un type d’accumulateurs rechargeables dans lesquels des ions aluminium fournissent de l’énergie électrique en s’écoulant de l’anode négative de l’accumulateur à son électrode positive, la cathode. Pendant la recharge, les ions aluminium retournent à l’anode.
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| dbo:abstract | Ein Aluminium-Ionen-Akkumulator, auch Aluminiumionen-Akku, ist ein Akkumulator-Typ, welcher auf Aluminiumverbindungen basiert. Er ist im Aufbau ähnlich wie der Lithiumionenakkumulator, an der negativen Elektrode kommt dabei aber das Leichtmetall Aluminium statt Lithium zum Einsatz. Aluminium-Ionen-Akkumulatoren sind, in verschiedenen Variationen, seit den 1980er Jahren Ziel verschiedener Forschungsprojekte. So wurden im Jahr 2015 an der Stanford University Verbesserungen wie vergleichsweise geringe Ladezeiten gemeldet, praktische Aufbauten beschränken sich bei diesen Akkumulatoren auf einzelne Prototypen. Selbst bei starker Beschädigung im Einsatz entzündete sich der Akku bei Tests nicht. Durch den Ersatz von Lithium durch Aluminium an der negativen Elektrode ergibt sich zwar eine geringere elektrische Zellspannung von 2,65 V als im Vergleich zu Lithiumionenakkumulatoren mit ca. 3,7 V. Dafür ist die theoretische mögliche Energiedichte mit bis zu 1 kWh/kg deutlich höher als im Vergleich zu Lithiumionenakkumulatoren mit einer Grenze um die 400 Wh/kg. Die Differenz ergibt sich aus dem Umstand, dass Aluminium drei Valenzelektronen aufweist, während Lithium nur ein Valenzelektron besitzt. Zu den praktischen Schwierigkeiten bei Aluminium-Ionen-Akkumulatoren zählt die geringe Lagerfähigkeit und dass die konkrete Kapazität von der Betriebstemperatur und der Ladezyklenanzahl abhängt. (de) Aluminium-ion batteries are a class of rechargeable battery in which aluminium ions serve as charge carriers. Aluminium can exchange three electrons per ion. This means that insertion of one Al3+ is equivalent to three Li+ ions. Thus, since the ionic radii of Al3+ (0.54 Å) and Li+ (0.76 Å) are similar, significantly higher numbers of electrons and Al3+ ions can be accepted by cathodes with little damage. Al has 50 times (23.5 megawatt-hours m-3) the energy density of Li and is even higher than coal. The trivalent charge carrier, Al3+ is both the advantage and disadvantage of this battery. While transferring 3 units of charge by one ion significantly increases the energy storage capacity, the electrostatic intercalation of the electrodes with a trivalent cation is too strong for well-defined electrochemical behaviour. Rechargeable aluminium-based batteries offer the possibilities of low cost and low flammability, together with high capacity. Aluminum's inertness and ease of handling in an ambient environment potentially offer significant safety improvements. Hence, aluminum-batteries have the potential to be smaller in size. Al-ion batteries may also have more charge-discharge cycles. Thus, Al-ion batteries have the potential to replace Li-ion batteries. (en) Las baterías de iones de aluminio son una clase de batería recargable en la que los iones de aluminio suministran energía fluyendo desde el electrodo negativo de la batería, el ánodo, hasta el electrodo positivo, el cátodo. Durante la recarga, los iones de aluminio vuelven al electrodo negativo, y pueden intercambiar tres electrones por ion. Esto significa que la inserción de un Al3+ es equivalente a tres Li+ iones en cátodos de intercalaciones convencionales. Así, como los iones catódicos de Al3+ (0.54 A) y Li+ (0.76 A) son similares, modelos significativamente más altos de electrones de iones Al3+ pueden ser aceptados por los cátodos sin pulverización. El portador de carga trivalente, Al3+ es tanto la ventaja como la desventaja de esta batería. Mientras que la transferencia de tres unidades de carga por ion aumenta significativamente la capacidad de almacenamiento de energía, la intercalación electrostática de los materiales huéspedes con un catión trivalente es demasiado fuerte para un comportamiento electroquímico bien definido. Las baterías recargables de aluminio ofrecen la posibilidad de bajo coste y baja inflamabilidad, junto con las propiedades de triple redox electrónico, lo que da lugar a una alta capacidad. Se espera que la inercia del aluminio y la facilidad de manejo en un entorno ambiental ofrezca importantes mejores de seguridad para este tipo de baterías. Además, el aluminio posee una capacidad volumétrica mayor que el litio (Li), potasio (K), magnesio (Mg), sodio (Na), calcio (Ca) y zinc (Zn), debido a su alta densidad (2.7g cm^-3 a 25 °C) y su capacidad de intercambiar tres electrones. Esto significa que la energía almacenada en las baterías de aluminio por volumen es superior a las de las baterías de metal. Por lo tanto, se espera que las baterías de aluminio sean de menor tamaño. Las baterías de iones de litio también tienen un mayor ciclo de carga y descarga. Por lo tanto, las baterías de iones de aluminio tienen el potencial de reemplazar a las baterías de iones de litio. La batería de ion de aluminio funciona de una manera similar a la de la batería de ion de litio, pero sustituye el ion de litio por el ion de aluminio. Una versión de esta batería fue inventado por investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Oak Ridge, Tennessee, EE. UU. (es) Les accumulateurs aluminium-ion sont un type d’accumulateurs rechargeables dans lesquels des ions aluminium fournissent de l’énergie électrique en s’écoulant de l’anode négative de l’accumulateur à son électrode positive, la cathode. Pendant la recharge, les ions aluminium retournent à l’anode. (fr) アルミニウムイオン二次電池（アルミニウムイオンにじでんち、Aluminium-ion battery）は、電解質中のアルミニウムイオンを利用して蓄電する二次電池。単にアルミニウムイオン電池、アルミニウムイオンバッテリーともいう。 (ja) Bateria aluminiowo-jonowa – bateria wynaleziona przez naukowców z Uniwersytetu Stanforda, składająca się z aluminiowej anody o ujemnym ładunku i grafitowej katody o ładunku dodatnim. Ogniwo baterii powstałe z połączenia aluminium i grafitu wytrzymuje 7500 cykli ładowania. Bateria nie jest łatwopalna dzięki jonowemu elektrolitowi ze specjalnej soli, która w pokojowej temperaturze występuje w stanie ciekłym. Napięcie wynosi maksymalnie 2 V. (pl) Bateria de íon de alumínio ou Pilha de íon de alumínio é uma bateria recarregável que produz energia de forma semelhante a bateria de íons de lítio. Ainda está em fase protótipo mas quando entrar em produção, segundo o pesquisador, pode revolucionar a indústria de baterias. (pt) Алюминий-ионный аккумулятор — электрический аккумулятор, анод которого сделан из металлического алюминия, катод представляет собой графитовую пену, а электролит является ионной жидкостью. В процессе разрядки аккумулятора алюминиевый анод растворяется в электролите и затем анионы хлоралюмината интеркалируются в графите. Преимуществами алюминий-ионного аккумулятора являются: малое время зарядки (менее одной минуты (при плотности тока 4000 мАг–1)), долговечность (6000 - 7500 циклов зарядки-разрядки), высокая ёмкость (110 мАчг–1). (ru) 铝离子电池（Aluminium-ion battery）是一类可充电电池，放电时，铝离子从阴极移动到阳极；充电时，铝离子又回到阴极。铝离子电池与锂离子电池功能相似，但由于组成和结构不同，電能輸出水準有所不同。鋁離子電池可以在很短的時間內充滿電，並可以反復充電7500次。 (zh) |
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