Быстрозаряжаемый алюминий- ионный аккумулятор с алюминий-графеновым нанокомпозитным анодом

Направление по программе: 1.4.4. Химические проблемы получения и преобразования энергии, фундаментальные исследования в области использования альтернативных и возобновляемых источников энергии.

На основании проведенных фундаментальных исследований свойств электролита и механизма катодной реакции был разработан макет аккумулятора с оптимальным составом ионной жидкости (ИЖ). Были проведены электрохимические испытания макета алюминий ионного аккумулятора с алюминий-графеновым анодом, графеновым катодом и кислой ИЖ AlCl3–[EMIm]Cl (Рисунок). Определены диапазон рабочих напряжений макета аккумулятора (1.5-2.3 В), емкость катодного материала (48 мА∙ч∙г-1 при плотности тока 0.5 А∙г-1), кулоновская эффективность (около 100 %) и способность к многократной перезарядке (более 7000 циклов) с возможностью быстрой зарядки (до 1 минуты). Электрохимическая ячейка Al-графен | AlCl3–[EMIm]Cl | графен показала стабильную работу в широком диапазоне скоростей заряда / разряда (до 56 С при зарядке и 4.8 С при разряде).

Быстрозаряжаемый алюминий- ионный аккумулятор

Рисунок – Удельная емкость катода и кулоновская эффективность в зависимости от количества циклов и плотности тока заряда/разряда в ячейке Al-графен | AlCl3–[EMIm]Cl | графен

Впервые получены катодные поляризационные кривые с предельными токами, обусловленными диффузией частицы Al2Cl7–. Плотность предельного тока в ИЖ без аниона Al2Cl7– на 3-4 порядка меньше предельных плотностей токов в ИЖ с анионом Al2Cl7– (кислые ИЖ по Льюису). Предложен механизм процесса восстановления алюминия на алюминиевом электроде из кислых ИЖ. Разработана новая методика по определению чисел переноса ионов в ионной жидкости (ИЖ) AlCl3–1-этил-3-метилимидазолий хлорид ([EMIm]Cl).

Публикации:

  1. Elterman V.A., Shevelin P.Yu., Yolshina L.A., Borozdin A.V. Electrodeposition of aluminium from the chloroaluminate ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride // Electrochimica Acta, 2021, V. 389, 138715

  2. Yolshina L.A., Shevelin P.Yu., Druzhinin K. V., Elterman V.A., Yolshina V.A., Muradymov R.V. Fast-charged aluminum-ion battery with aluminum-graphene nanocomposite anode // Ionics, 2021, V. 27, pp. 249-258.

  3. Elterman V.A., Shevelin P.Yu., Yolshina L.A., Vovkotrub E.G., Borozdin A.V. Transport numbers in the basic 1-butyl-3-methylimidazolium chloroaluminate ionic liquid // Journal of Molecular Liquids, 2021, V. 335, 116147

Авторы: н.с. Эльтерман В.А., с.н.с., к.х.н. Шевелин П.Ю., вед.н.с., д.х.н. Елшина Л.А., инженер Бороздин А.В.