10秒滿電的鋁離子電池，上市在即
時間:2021-05-18 08:36來源:汽車商業評論 作者:朱琳
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隨著澳大利亞一項納米技術驅動的電池發明，對電動汽車里程焦慮、循環利用和快速充電的擔憂可能都將成為的歷史。
來自布里斯班石墨烯制造集團（Graphene Manufacturing Group，簡稱GMG）的石墨烯鋁離子電池，據稱充電速度比最好的鋰離子電池快60倍，儲能能力是最佳鋁基電池的3倍。
它們也更安全，沒有導致自發過熱的安培上限，更可持續，更容易回收，這得益于它們穩定的基材。測試還顯示，這種硬幣電池的使用壽命是鋰離子電池的三倍。
GMG計劃在2021年底或2022年初將石墨烯鋁離子硬幣電池推向市場，2024年初將推出汽車袋式電池。
石墨烯鋁離子技術
該電池基于昆士蘭大學澳大利亞生物工程與納米技術研究所的突破性技術，利用納米技術將鋁原子注入石墨烯平面的空洞中。
GMG技術將鋁原子注入石墨烯的孔洞中 ▼
經同行評議的專家出版物《先進功能材料》的測試，該電池具有“出色的高倍率性能（在5A g−1時為149 mAh g−1），超過了之前報道的所有鋁離子電池正極材料”。
GMG總經理克雷格·尼科爾（Craig Nicol）稱，盡管該公司的電池不是唯一正在研發的石墨烯鋁離子電池，但它們無疑是最強、最可靠、充電最快的電池。
“它充電非常快，基本上就是一個超級電容器。”尼科爾說，“能在不到10秒的時間內充滿一個硬幣電池。”
據稱，這種新型電池比目前的鋰離子電池能提供更大的功率密度，而且不存在冷卻、加熱或稀土問題。
“到目前為止還沒有溫度問題。（汽車中的）鋰離子電池組20%的能量需要用于冷卻。我們的電池很有可能根本不需要冷卻或者加熱。”尼科爾說。
“目前在測試中，它不會過熱，而且在零度以下運行良好。它們不需要冷卻或加熱電路，目前100 kWh的電池組大約有80 kg的重量。”
這種電池每個離子可以交換三個鋁電子，而鋰離子只能交換一個 ▼
尼科爾表示，新的電池技術也可以被工業化，以適應目前的鋰離子外殼，如大眾集團的MEB架構，從而避免汽車行業架構的問題，這些架構往往使用長達20年。
尼科爾說：“我們的電池將與目前鋰離子電池的形狀和電壓相同，或者我們可以轉向任何需要的形狀。”
“這是一種直接的替代品，充電速度非常快，基本上就像一個超級電容器。有些鋰離子電池容量不能超過1.5-2安培，否則電池會爆炸，但我們的技術沒有理論上的限制。”
鋁離子電池用于汽車
鋁離子電池是一個發展的熱點，特別是用于汽車。
僅最近的項目就包括中國大連理工大學和內布拉斯加大學的合作，以及康奈爾大學、克萊姆森大學、馬里蘭大學、斯坦福大學、浙江大學高分子科學系和歐洲阿里昂工業聯盟的合作。
差異是高度技術化的，但GMG電池使用的是其專有的等離子體工藝制造的石墨烯，而不是傳統的石墨來源，其能量密度是斯坦福大學次好電池的三倍。
GMG鋁離子硬幣電池將于2011年年底或2022年初投產 ▼
斯坦福大學的天然石墨鋁離子技術提供68.7Wh/kg和41.2Wh/kg兩種能量密度，而其石墨泡沫則高達3000Wh/kg。
而GMG與昆士蘭大學合作的電池將這幾個數字提升到150-160Wh/kg之間和7000Wh/kg。
“昆士蘭大學的研究者發現了在石墨烯上制造孔洞、并在孔洞中更緊密地存儲鋁原子的方法。如果我們在石墨烯上鉆孔，原子就會粘在石墨烯上，石墨烯的密度就會大大增加。”
同行評議出版物《先進功能材料》發現，表面穿孔的三層石墨烯（SPG3-400）具有“大量的平面內介孔（≈2.3nm），2.54%的極低氧碳比（O/C），表現出優異的電化學性能。”
“這種SPG3-400材料表現出非凡的可逆容量（在2Ag−1時為197mAhg−1）和卓越的高倍率性能。”報告總結道。
鋁離子技術優勢
與目前幾乎每一輛電動汽車都在使用的卓越鋰離子電池技術相比，鋁離子技術具有內在的優勢。
當電池充電時，鋁離子返回到負極，每個離子可以交換三個電子，而鋰離子的速度極限只有一個電子。
使用鋁離子電池還具有巨大的地緣政治、成本、環境和循環利用優勢，因為它們幾乎不使用任何外來材料。“它基本上是鋁箔、氯化鋁（鋁的前體，可以回收）、離子液體和尿素。”尼科爾說。
“全球90%的鋰生產和采購仍通過中國，10%通過智利。澳大利亞就有我們需要的鋁，它們可以在第一世界安全生產。”他說。
昆士蘭大學電池研究人員阿守克·南均丹（左）和黃小丹博士 ▼
GMG在加拿大TSX創投交易所上市，通過向昆士蘭大學提供石墨烯，將自己與昆士蘭大學的石墨烯鋁離子電池技術聯系在一起。
尼科爾說：“在昆士蘭大學納米技術研究中心的項目早期，我們的首席產品科學家阿守克·南均丹（Ashok Nanjundan）博士參與了該項目。”他承認GMG幾乎是“幸運地”加入了該技術項目，因為它為研究提供了石墨烯。
GMG尚未鎖定與主要制造商或制造工廠的供應協議。
尼科爾證實：“我們還沒有和大品牌捆綁在一起，但這款電池可以裝進蘋果的iPhone手機里，幾秒鐘就能充滿電。”
“我們將首先把硬幣電池推向市場。充電時間不到一分鐘，能量是鋰電池的三倍。它對健康的負面影響也小得多。如果攝入鋰，可能會導致兒童死亡，但攝入鋁則不會。”他說。
2022年初，GMG生產的第一款電池將是硬幣電池 ▼
鋁離子電池的另一個好處是節省成本。鋰的價格已從2005年的每噸1460美元上漲至本周的每噸1.3萬美元，而同期鋁價則從每噸1730美元小幅上漲至2078美元。
還有一個優點是，GMG石墨烯鋁離子電池不使用銅，銅的成本約為每噸8470美元。
盡管GMG對制造協議持開放態度，但它的首選計劃是盡可能“實施”該技術，首先是10gW到50gW的發電廠，即使澳大利亞可能不是制造設施的合理首選。
在布里斯班，GMG也不是唯一一家將電池解決方案推向世界的公司。PPK集團與迪肯大學成立了一家合資企業，開發鋰硫電池。Vecco集團已確認與上海電氣達成一項協議，將在布里斯班建立一家用于商業能源存儲的釩電池生產廠。
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