¿Cuán escalable se está desarrollando la batería de aluminio en Stanford?

Escribí una evaluación más genérica de la batería de aluminio de Stanford en ¿Cómo podemos ver críticamente el trabajo más reciente sobre la batería Al de Stanford ?, pero analicemos la pregunta con más detalle.

Repasemos los conceptos básicos (si desea omitir el siguiente párrafo e ignorar las cosas científicas, no lo culparía).
De la imagen de la izquierda con una bombilla, podemos ver las reacciones individuales que tienen lugar. Un complejo de aluminio y cloro (la bola roja con las 4 bolas azules a su alrededor) actúa como una carga de transporte entre el ánodo de aluminio (caja roja) y el cátodo de carbono (láminas grises). Durante la carga, el complejo de punta roja y azul se mueve desde el aluminio y se desliza entre las hojas de grafito gris. Debido a que el complejo de punta roja y azul es relativamente grande, hace que las hojas de grafito se separen entre sí (esto también ocurre en las baterías de iones de litio, solo en menor grado). Durante la descarga, ocurre lo contrario y las láminas de grafito se comprimen. Durante miles de ciclos, esta expansión y contracción del grafito hace que se desmorone. Los investigadores de Stanford querían arreglar eso, por lo que usaron una sal (anillo púrpura / gris) que también se mueve hacia las hojas de grafito después de que el aluminio se fue para mantenerlas abiertas (eso es una suposición de la imagen, aunque parece que hay es precedente para que los líquidos iónicos se intercalen en grafito: página en ecsdl.org). También son un laboratorio que se especializa en nano estructuras de grafito, por lo que tienen un poco de ventaja sobre todos los demás con respecto a la estabilidad estructural del grafito: Página en stanford.edu

Entonces, la celda de Stanford hace esto con un electrodo positivo de aluminio, un electrodo especial de carbono negativo y un líquido iónico. El aluminio está ampliamente disponible y es barato, así que está bien. Los líquidos iónicos son caros (aproximadamente el mismo costo / kg que los electrodos) pero en general están disponibles. Y el grafito también está bien, siempre que sus estructuras especiales sean relativamente fáciles de hacer y trabajar. Desde una perspectiva de fabricación, estas celdas de aluminio podrían fabricarse con la misma facilidad que las baterías de iones de litio.

¿Qué tal desde una perspectiva de costos? Voy a utilizar un modelo de costos muy respetado desarrollado por las mentes brillantes en el Centro Conjunto para la Investigación del Almacenamiento de Energía (puede obtener el modelo aquí: Caminos para el almacenamiento de energía electroquímica de bajo costo: una comparación de baterías de flujo acuoso y no acuoso ) y realice un intercambio directo de voltajes de celda y costos de materiales frente a una batería de iones de litio. Resulta que el voltaje de celda más bajo (2V para Al vs. 3.7V para Li) compensa el menor costo de los materiales (~ $ 5 / kg para Al vs. $ 18 / kg para Li) y es básicamente un lavado (con Al aproximadamente un 10% más caro que Li) desde una perspectiva de costo.

¿Qué tal el rendimiento? Ese análisis es mucho más fácil. Claro que puede cargar rápido, pero tiene la mitad de la densidad de energía del ión de litio (2V * 70mA / g = 140Wh / kg para Al frente a 260Wh / kg para Li). Eso significa que tendrá que cargar al menos el doble de veces (probablemente más debido al menor voltaje de la celda). Cuando se tiene en cuenta eso, la vida útil del ciclo parece menos impresionante (7000/2 o 3 = 2300-3500 ciclos para Al vs. 2000 para Li).

Entonces, en resumen, tiene una batería en el laboratorio que no será más barata que lo que actualmente podemos comprar por millones hoy en día, con un rendimiento de carga / descarga impresionante pero la mitad de la densidad de energía. Claro que podemos fabricarlo, pero la pregunta es, dadas las compensaciones, ¿queremos hacerlo?