隨著澳大利亞一項(xiàng)納米技術(shù)驅(qū)動(dòng)的電池發(fā)明，對電動(dòng)汽車?yán)锍探箲]、循環(huán)利用和快速充電的擔(dān)憂可能都將成為的歷史。

來自布里斯班石墨烯制造集團(tuán)（Graphene Manufacturing Group，簡稱GMG）的石墨烯鋁離子電池，據(jù)稱充電速度比最好的鋰離子電池快60倍，儲(chǔ)能能力是最佳鋁基電池的3倍。

它們也更安全，沒有導(dǎo)致自發(fā)過熱的安培上限，更可持續(xù)，更容易回收，這得益于它們穩(wěn)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(jì)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(shù)

該電池基于昆士蘭大學(xué)澳大利亞生物工程與納米技術(shù)研究所的突破性技術(shù)，利用納米技術(shù)將鋁原子注入石墨烯平面的空洞中。

GMG技術(shù)將鋁原子注入石墨烯的孔洞中 ▼

經(jīng)同行評議的專家出版物《先進(jìn)功能材料》的測試，該電池具有“出色的高倍率性能（在5A g1時(shí)為149 mAh g1），超過了之前報(bào)道的所有鋁離子電池正極材料”。

GMG總經(jīng)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(fā)的石墨烯鋁離子電池，但它們無疑是最強(qiáng)、最可靠、充電最快的電池。

“它充電非常快，基本上就是一個(gè)超級(jí)電容器。”尼科爾說，“能在不到10秒的時(shí)間內(nèi)充滿一個(gè)硬幣電池。”

據(jù)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(huì)過熱，而且在零度以下運(yùn)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(gè)離子可以交換三個(gè)鋁電子，而鋰離子只能交換一個(gè) ▼

尼科爾表示，新的電池技術(shù)也可以被工業(yè)化，以適應(yīng)目前的鋰離子外殼，如大眾集團(tuán)的MEB架構(gòu)，從而避免汽車行業(yè)架構(gòu)的問題，這些架構(gòu)往往使用長達(dá)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(zhuǎn)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(gè)超級(jí)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(huì)爆炸，但我們的技術(shù)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(gè)發(fā)展的熱點(diǎn)，特別是用于汽車。

僅最近的項(xiàng)目就包括中國大連理工大學(xué)和內(nèi)布拉斯加大學(xué)的合作，以及康奈爾大學(xué)、克萊姆森大學(xué)、馬里蘭大學(xué)、斯坦福大學(xué)、浙江大學(xué)高分子科學(xué)系和歐洲阿里昂工業(yè)聯(lián)盟的合作。

差異是高度技術(shù)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(tǒng)的石墨來源，其能量密度是斯坦福大學(xué)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(chǎn) ▼

斯坦福大學(xué)的天然石墨鋁離子技術(shù)提供68.7Wh/kg和41.2Wh/kg兩種能量密度，而其石墨泡沫則高達(dá)3000Wh/kg。

而GMG與昆士蘭大學(xué)合作的電池將這幾個(gè)數(shù)字提升到150-160Wh/kg之間和7000Wh/kg。

“昆士蘭大學(xué)的研究者發(fā)現(xiàn)了在石墨烯上制造孔洞、并在孔洞中更緊密地存儲(chǔ)鋁原子的方法。如果我們在石墨烯上鉆孔，原子就會(huì)粘在石墨烯上，石墨烯的密度就會(huì)大大增加。”

同行評議出版物《先進(jìn)功能材料》發(fā)現(xiàn)，表面穿孔的三層石墨烯（SPG3-400）具有“大量的平面內(nèi)介孔（≈2.3nm），2.54%的極低氧碳比（O/C），表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。”

“這種SPG3-400材料表現(xiàn)出非凡的可逆容量（在2Ag1時(shí)為197mAhg1）和卓越的高倍率性能。”報(bào)告總結(jié)道。

鋁離子技術(shù)優(yōu)勢

與目前幾乎每一輛電動(dòng)汽車都在使用的卓越鋰離子電池技術(shù)相比，鋁離子技術(shù)具有內(nèi)在的優(yōu)勢。

當(dāng)電池充電時(shí)，鋁離子返回到負(fù)極，每個(gè)離子可以交換三個(gè)電子，而鋰離子的速度極限只有一個(gè)電子。

使用鋁離子電池還具有巨大的地緣政治、成本、環(huán)境和循環(huán)利用優(yōu)勢，因?yàn)樗鼈儙缀醪皇褂萌魏瓮鈦聿牧稀！八旧鲜卿X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(chǎn)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(chǎn)。”他說。

昆士蘭大學(xué)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(chuàng)投交易所上市，通過向昆士蘭大學(xué)提供石墨烯，將自己與昆士蘭大學(xué)的石墨烯鋁離子電池技術(shù)聯(lián)系在一起。

尼科爾說：“在昆士蘭大學(xué)納米技術(shù)研究中心的項(xiàng)目早期，我們的首席產(chǎn)品科學(xué)家阿守克·南均丹（Ashok Nanjundan）博士參與了該項(xiàng)目。”他承認(rèn)GMG幾乎是“幸運(yùn)地”加入了該技術(shù)項(xiàng)目，因?yàn)樗鼮檠芯刻峁┝耸?/span>

GMG尚未鎖定與主要制造商或制造工廠的供應(yīng)協(xié)議。

尼科爾證實(shí)：“我們還沒有和大品牌捆綁在一起，但這款電池可以裝進(jìn)蘋果的iPhone手機(jī)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(shí)間不到一分鐘，能量是鋰電池的三倍。它對健康的負(fù)面影響也小得多。如果攝入鋰，可能會(huì)導(dǎo)致兒童死亡，但攝入鋁則不會(huì)。”他說。

2022年初，GMG生產(chǎn)的第一款電池將是硬幣電池 ▼

鋁離子電池的另一個(gè)好處是節(jié)省成本。鋰的價(jià)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(jià)則從每噸1730美元小幅上漲至2078美元。

還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)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(xié)議持開放態(tài)度，但它的首選計(jì)劃是盡可能“實(shí)施”該技術(shù)，首先是10gW到50gW的發(fā)電廠，即使澳大利亞可能不是制造設(shè)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(tuán)與迪肯大學(xué)成立了一家合資企業(yè)，開發(fā)鋰硫電池。Vecco集團(tuán)已確認(rèn)與上海電氣達(dá)成一項(xiàng)協(xié)議，將在布里斯班建立一家用于商業(yè)能源存儲(chǔ)的釩電池生產(chǎn)廠。