Алюминий-ионный аккумулятор: устойчивая и перспективная концепция?

Расширение использования возобновляемых источников энергии, а также растущее число электромобилей и мобильных устройств обусловливают необходимость в усовершенствованных и недорогих электрохимических системах хранения энергии. Для удовлетворения будущих потребностей в накоплении энергии необходимы новые материальные системы с высокой плотностью энергии, легкодоступным сырьём и высоким уровнем безопасности. В настоящее время на рынке аккумуляторов главным образом доминируют литий и свинец, однако, помимо кобальта и фосфора, в перспективе поставки лития также могут столкнуться со значительными ограничениями. Поэтому поиск новых химических систем в будущем будет приобретать всё большее значение для диверсификации аккумуляторных технологий. Но какие материалы представляются перспективными? Согласно алгоритму отбора, предназначенному для оценки подходящих материалов, перспективной выглядит концепция перезаряжаемого полностью твёрдотельного алюминий-ионного аккумулятора с многовалентными ионами, в котором металлический алюминий используется в качестве отрицательного электрода. С одной стороны, это обеспечивает теоретически в четыре раза большую объёмную ёмкость по сравнению с литиевым аналогом. С другой стороны, алюминий является самым распространённым металлом в земной коре. Наличие развитой промышленности и инфраструктуры переработки делает алюминий очень экономичным материалом. Благодаря этому алюминий-ионный аккумулятор может стать важным вкладом в уже начавшийся во всём мире процесс энергетического перехода. До сих пор реализовать этот технологический потенциал не удавалось, поскольку подходящие положительные электроды и электролитные материалы ещё не разработаны. Открытие неорганических материалов с высокой подвижностью ионов алюминия, пригодных для использования в качестве твёрдых электролитов или интеркаляционных электродов, представляет собой инновационный и необходимый рывок вперёд в области перезаряжаемых аккумуляторов с многовалентными ионами. В этой обзорной статье описываются ограничения, связанные с созданием устойчивой и перспективной химии аккумуляторов; приводится оценка химических элементов с точки зрения их применения в отрицательных электродах; подробно обосновывается использование алюминия; классифицируется область исследований алюминиевых аккумуляторов и критически ре...