Алюминий-кремниевый аккумулятор (Al-Si)

[Wayat]

Здравствуйте! 

Я заинтересовался аккумуляторами недавно, вот почитал, кое-что придумал. Задумка в общем-то проста, сделать катод из алюминиевой фольги (может быть с добавлением магния ( для повышения напряжения аккумулятора)), а анод кремния, естественно применять простой кремний уже пробовали и ничего не вышло (он начинал дробиться), но все же некоторые пути решения уже придумали ( кремниевые нанотрубки; создание оболочки из углерода вокруг кремния, чтобы все все куски после дробления оставались вместе; использование пластин с "волосками" из кремния), но я пока не занимаюсь этой проблемой (оставлю на будущее), а сейчас хочу заняться именно химией этого аккумулятора.

Вообще идея заместить литий на алюминий в кремниевом аккумуляторе пришла мне после новости от Стэнфордских ученых, о том, что они создали алюминиевый аккумулятор. Мне кажется что это неплохая идея, ведь алюминий намного более доступен, он более безопасен, кроме того у него степень окисления 3, когда у лития 1. Получается, что если один атом кремния может "удержать" 4 иона лития, то он может "удержать" и 1 ион алюминия (глупый подсчет, но я не очень много знаю (хотя стараюсь узнать) в этой сфере), и тогда расширение анода (из-за чего и дробится кремний) уменьшится. Кроме того энергоемкость должна быть не хуже, а скорее всего и лучше, чем у обычных аккумуляторов.

Собственно сам состав, который я пока хочу испытать:

1) Катод:

    +Алюминиевая фольга ( может с добавлением магния)

2) Анод

    +Медная фольга с нанесённым на неё порошком кремния (и добавить немного порошка меди в кремний(для улучшения электропроводности))

3) Сепаратор

    + ПЭТ сепаратор, как в обычных Li-ion

4) Электролит

    +Диметилсульфоксид

    +AlCl3

    +LiCl (в забугорных источниках говорят, что помогает при разрядке алюминиевых аккумуляторов)

Скажите то, что думаете: возможна ли такая химия у аккумулятора? Может стоит что-то изменить в составе электролита, или электродов?

Надеюсь на вашу помощь!

Изменено 23 Октября, 2018 в 06:28 пользователем Wayat

[aversun]

https://ichip.ru/akkumulyatory-novogo-pokoleniya.html

[Wayat]

33 минуты назад, aversun сказал:

https://ichip.ru/akkumulyatory-novogo-pokoleniya.html

Спасибо за ответ, aversun! 

Я уже находил эту статью (она немало мне помогла), но увы, а может к счастью (зависит от успехов :D ) ничего про этот тип аккумуляторов не сказано, да и вообще про него никто ничего особо не говорит.

Кстати, я пока собираюсь использовать простой порошок кремния только для уменьшения стоимости эксперимента ( а то вдруг вообще такой аккумулятор не заработает, а я 200 тысяч потрачу на него), потом, конечно, будут улучшения для увеличения срока службы. Но все равно спасибо за ответ!

[Иван1978]

а какая реакция будет у вас идти в вашем аккумуляторе? Алюминий будет реагировать с чем?

какое напряжение одной ячейки у вас будет?

ну начнете вы заряжать этот аккумулятор, будет происходит электролиз хлорида алюминия. Алюминий должен восстановиться до металла в диметилсульфоксиде - этого я не знаю. В воде такое не происходит. А хлор съест вашу медь превратив ее в хлорид меди.

Изменено 23 Октября, 2018 в 09:50 пользователем Иван1978

[Wayat]

32 минуты назад, Иван1978 сказал:

а какая реакция будет у вас идти в вашем аккумуляторе? Алюминий будет реагировать с чем?

какое напряжение одной ячейки у вас будет?

Здравствуйте! Напряжение полагаю при алюминиевом ( без добавления магния или чего-либо ещё) катоде будет в районе 2-3 вольт. А реакция будет проходить с AlCl3. Будет "уходить" и "возвращаться" часть хлора.

[Иван1978]

если меньше 3 вольт даже не пытайтесь что-то предпринимать. Алюминий с хлоридом алюминия не реагирует.

[aversun]

Только что, Wayat сказал:

Здравствуйте! Напряжение полагаю при алюминиевом ( без добавления магния или чего-либо ещё) катоде будет в районе 2-3 вольт. А реакция будет проходить с AlCl3. Будет "уходить" и "возвращаться" часть хлора.

А хлор куда будет уходить и откуда возвращаться?

Кремний там вообще зачем?

Диметилсульфоксид не годится для электролита, т.к. в нем низкая активность ионов алюминия, для этого существуют другие электролиты, например эфиро-гидридные.

[Wayat]

8 минут назад, Иван1978 сказал:

если меньше 3 вольт даже не пытайтесь что-то предпринимать. Алюминий с хлоридом алюминия не реагирует.

Напряжение я вероятно смогу поднять добавлением в алюминий других металлов ( например, могу добавить магния или небольшое количество лития ( пару процентов по массе)). А насчёт реакции, я точно не знаю, но где-то(может быть даже на этом форуме) уже был эксперимент с использованием ДМСО с хлоридом алюминия в аккумуляторе, правда тема давно затихла и там был более классический анод (углерод). В алюминиевом аккумуляторе из Стенфордского университета вроде как в процессе заряда получается AlCl4-, если я не ошибаюсь, но там правда и растворитель другой: 1-этил-3-метилимидазолия хлорид, однако аккумулятор с димексидом вроде как работал, а значит какая-то реакция шла... 

[Wayat]

32 минуты назад, aversun сказал:

А хлор куда будет уходить и откуда возвращаться?

Кремний там вообще зачем?

Диметилсульфоксид не годится для электролита, т.к. в нем низкая активность ионов алюминия, для этого существуют другие электролиты, например эфиро-гидридные.

Кремний взят вместо углерода, чтобы уменьшить вес аккумулятора, он вроде как может удерживать больше ионов на аноде. А что касается хлора, ну не знаю, как ответил ивану1978 ( надеюсь, что так можно делать, в смысле менять падеж у никнейма) он может уходить к другим атомам алюминия и создавать AlCl4- ( если сейчас несу откровенный бред, то прошу прощения, я не очень много знаю в этой области). 

А вот насчёт использования эфира хорошая идея! Я все равно должен был бы что-то делать с температурой плавления ДМСО, скорее всего и добавлял бы эфир. 

Изменено 23 Октября, 2018 в 10:32 пользователем Wayat

[Иван1978]

Если посмотреть Ютуб изготовление батареек и аккумуляторов - то это какая-то мужская проблема. Все кому не лень пытаются изготавливать батарейки, но у них не очень получается, в виду того, что они не всё понимают.

Я уже говорил в другой теме, что я еще ни разу не видел алюминиевой батарейки, так как это должно быть. Источники тока на алюминии видел, но они очень маломощные и не эффективные.

Маломощные это значит не удается сделать батарейку размера АА с током короткого замыкания как хотя бы у солевой батарейки 1 ампер. А не эффективные означает, что напряжение батарейки не равно теоретическому 3 вольта, энергия алюминия расходуется зря.

Изменено 23 Октября, 2018 в 10:41 пользователем Иван1978