10秒满电的铝离子电池上市在即,铝离子技术优势有哪些

一念之间 2021-05-19 17:44:09

随着澳大利亚一项纳米技术驱动的电池发明,对电动汽车里程焦虑、循环利用和快速充电的担忧可能都将成为的历史。


来自布里斯班石墨烯制造集团(Graphene Manufacturing Group,简称GMG)的石墨烯铝离子电池,据称充电速度比最好的锂离子电池快60倍,储能能力是最佳铝基电池的3倍。


它们也更安全,没有导致自发过热的安培上限,更可持续,更容易回收,这得益于它们稳定的基材。测试还显示,这种硬币电池的使用寿命是锂离子电池的三倍。


GMG计划在2021年底或2022年初将石墨烯铝离子硬币电池推向市场,2024年初将推出汽车袋式电池。


石墨烯铝离子技术


该电池基于昆士兰大学澳大利亚生物工程与纳米技术研究所的突破性技术,利用纳米技术将铝原子注入石墨烯平面的空洞中。


GMG技术将铝原子注入石墨烯的孔洞中 ▼

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经同行评议的专家出版物《先进功能材料》的测试,该电池具有“出色的高倍率性能(在5A g−1时为149 mAh g−1),超过了之前报道的所有铝离子电池正极材料”。


GMG总经理克雷格·尼科尔(Craig Nicol)称,尽管该公司的电池不是唯一正在研发的石墨烯铝离子电池,但它们无疑是最强、最可靠、充电最快的电池。


“它充电非常快,基本上就是一个超级电容器。”尼科尔说,“能在不到10秒的时间内充满一个硬币电池。”


据称,这种新型电池比目前的锂离子电池能提供更大的功率密度,而且不存在冷却、加热或稀土问题。


“到目前为止还没有温度问题。(汽车中的)锂离子电池组20%的能量需要用于冷却。我们的电池很有可能根本不需要冷却或者加热。”尼科尔说。


“目前在测试中,它不会过热,而且在零度以下运行良好。它们不需要冷却或加热电路,目前100 kWh的电池组大约有80 kg的重量。”


这种电池每个离子可以交换三个铝电子,而锂离子只能交换一个 ▼

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尼科尔表示,新的电池技术也可以被工业化,以适应目前的锂离子外壳,如大众集团的MEB架构,从而避免汽车行业架构的问题,这些架构往往使用长达20年。


尼科尔说:“我们的电池将与目前锂离子电池的形状和电压相同,或者我们可以转向任何需要的形状。”


“这是一种直接的替代品,充电速度非常快,基本上就像一个超级电容器。有些锂离子电池容量不能超过1.5-2安培,否则电池会爆炸,但我们的技术没有理论上的限制。”


铝离子电池用于汽车


铝离子电池是一个发展的热点,特别是用于汽车。


仅最近的项目就包括中国大连理工大学和内布拉斯加大学的合作,以及康奈尔大学、克莱姆森大学、马里兰大学、斯坦福大学、浙江大学高分子科学系和欧洲阿里昂工业联盟的合作。


差异是高度技术化的,但GMG电池使用的是其专有的等离子体工艺制造的石墨烯,而不是传统的石墨来源,其能量密度是斯坦福大学次好电池的三倍。


GMG铝离子硬币电池将于2011年年底或2022年初投产 ▼

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斯坦福大学的天然石墨铝离子技术提供68.7Wh/kg和41.2Wh/kg两种能量密度,而其石墨泡沫则高达3000Wh/kg。


而GMG与昆士兰大学合作的电池将这几个数字提升到150-160Wh/kg之间和7000Wh/kg。


“昆士兰大学的研究者发现了在石墨烯上制造孔洞、并在孔洞中更紧密地存储铝原子的方法。如果我们在石墨烯上钻孔,原子就会粘在石墨烯上,石墨烯的密度就会大大增加。”


同行评议出版物《先进功能材料》发现,表面穿孔的三层石墨烯(SPG3-400)具有“大量的平面内介孔(≈2.3nm),2.54%的极低氧碳比(O/C),表现出优异的电化学性能。”


“这种SPG3-400材料表现出非凡的可逆容量(在2Ag−1时为197mAhg−1)和卓越的高倍率性能。”报告总结道。


铝离子技术优势


与目前几乎每一辆电动汽车都在使用的卓越锂离子电池技术相比,铝离子技术具有内在的优势。


当电池充电时,铝离子返回到负极,每个离子可以交换三个电子,而锂离子的速度极限只有一个电子。


使用铝离子电池还具有巨大的地缘政治、成本、环境和循环利用优势,因为它们几乎不使用任何外来材料。“它基本上是铝箔、氯化铝(铝的前体,可以回收)、离子液体和尿素。”尼科尔说。


“全球90%的锂生产和采购仍通过中国,10%通过智利。澳大利亚就有我们需要的铝,它们可以在第一世界安全生产。”他说。


昆士兰大学电池研究人员阿守克·南均丹(左)和黄小丹博士 ▼

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GMG在加拿大TSX创投交易所上市,通过向昆士兰大学提供石墨烯,将自己与昆士兰大学的石墨烯铝离子电池技术联系在一起。


尼科尔说:“在昆士兰大学纳米技术研究中心的项目早期,我们的首席产品科学家阿守克·南均丹(Ashok Nanjundan)博士参与了该项目。”他承认GMG几乎是“幸运地”加入了该技术项目,因为它为研究提供了石墨烯。


GMG尚未锁定与主要制造商或制造工厂的供应协议。


尼科尔证实:“我们还没有和大品牌捆绑在一起,但这款电池可以装进苹果的iPhone手机里,几秒钟就能充满电。”


“我们将首先把硬币电池推向市场。充电时间不到一分钟,能量是锂电池的三倍。它对健康的负面影响也小得多。如果摄入锂,可能会导致儿童死亡,但摄入铝则不会。”他说。


2022年初,GMG生产的第一款电池将是硬币电池 ▼

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铝离子电池的另一个好处是节省成本。锂的价格已从2005年的每吨1460美元上涨至本周的每吨1.3万美元,而同期铝价则从每吨1730美元小幅上涨至2078美元。


还有一个优点是,GMG石墨烯铝离子电池不使用铜,铜的成本约为每吨8470美元。


尽管GMG对制造协议持开放态度,但它的首选计划是尽可能“实施”该技术,首先是10gW到50gW的发电厂,即使澳大利亚可能不是制造设施的合理首选。


在布里斯班,GMG也不是唯一一家将电池解决方案推向世界的公司。PPK集团与迪肯大学成立了一家合资企业,开发锂硫电池。Vecco集团已确认与上海电气达成一项协议,将在布里斯班建立一家用于商业能源存储的钒电池生产厂。


来源:汽车商业评论

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