电动车用铝离子电池取得新突破, 有望取代锂电池

放大  缩小 日期:2021-06-21     来源:尚轻时代    评论:0      
核心提示:【电池材料】外媒6月17日报道,位于澳大利亚布里斯班的石墨烯制造集团(Graphene Manufacturing Group,GMG)开发了石墨烯铝离子电池,GMG公司表示,这种电池的充电速度是最好的锂离子电池的60倍,而且可以容纳最好
  【电池材料】外媒6月17日报道,位于澳大利亚布里斯班的石墨烯制造集团(Graphene Manufacturing Group,GMG)开发了石墨烯铝离子电池,GMG公司表示,这种电池的充电速度是最好的锂离子电池的60倍,而且可以容纳最好的铝基电池的3倍能量。石墨烯铝离子电池,是由昆士兰大学(UQ)澳大利亚生物工程和纳米技术研究所利用突破性纳米技术制造的。这种电池利用纳米技术将铝原子插入石墨烯界面的小孔中。具体的铝离子电池组合物,由铝箔阳极、石墨烯阴极和氯化铝电解液组成。产品设计中不使用锂、铜、锰或钴。

 

如果GMG的研究证明卓有成效,石墨烯铝离子电池可以为电动汽车电池的许多问题提供答案。它们的续航里程更长,充电速度更快,而且由于其稳定的基础材料,更容易回收,因此是一种更可持续的解决方案。新型石墨烯铝电池也更安全,因为没有电流上限,所以不会导致自发过热。

专业出版物《Advanced Functional Materials高级功能材料》总结称,这种电池具有“出色的高倍性能(149 mAh g−1,5A g−1)。测试还显示,这种电池的使用寿命是锂离子电池的3倍。

GMG的铝离子电池,并不是市场上唯一正在开发中的石墨烯铝离子电池,但GMG董事总经理Craig Nicol说,GMG开发的这种电池很容易成为续航最强、最可靠、充电最快的电池。这种铝离子电池充电很快,基本上就是一个超级电容器,它可以在不到10秒的时间内为电池充电。

Nicol还说,新电池的功率密度远高于目前的锂离子电池,并且没有锂电池通常面临的冷却、加热或稀土问题。同时,这种电池目前也不存在温度问题。Nicol说:“电动汽车锂离子电池组所占空间的20%,与电池的冷却单元有关,而GMG开发的铝离子电池,很有可能根本不需要冷却或加热。到目前为止,它不会过热,在零度以下运行良好。”

新的电池技术,也可以工业化,以适应目前的锂离子外壳,如大众汽车集团的MEB架构。目前的重点是纽扣电池,因为GMG有一个现成的生产系统和终端产品规格,可以替代现有的锂电池。在生产纽扣电池之后,公司计划将重点放在软包电池上。GMG公司认为,与现有的软包锂电池相比,GMG的软包电池将具有优势,因为铝离子电池的充电时间非常短。

Nicol说:“我们打算制造一种与锂电池相同的可互换电池(电压和形状),因此可以替代锂电池,并使用电子和充电基础设施,以降低采用风险、时间表和预期市场的成本。”。

铝离子电池开发热潮

在世界各地,开发铝离子电池的项目如火如荼。其中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、斯坦福大学、美国宇航局高分子科学系和欧洲ALION工业财团的开发合作等。

不同的研发项目,技术性差异很大,但GMG电池使用的是利用专利技术等离子工艺制造的石墨烯,而不是从市场上采购传统的石墨。GMG表示,公司的产品是斯坦福大学开发的次优电池能量密度的3倍。GMG与UQ合作研发的铝离子电池,能量密度为150-160,功率密度约为7000 W/kg。相比之下,斯坦福大学的天然石墨铝离子技术的输出功率约为68.7Wh/kg和41.1W/kg,其CVD石墨泡沫铝技术的输出功率为3000W/kg。

GMG首席科技官Ashok Nanjundan博士说:“这是一项真正改变游戏规则的技术,它可以为现有的锂离子电池提供一个真正的替代品,几乎所有的应用都可以使用GMG的石墨烯和UQ正在申请专利的铝离子电池技术。目前,我们的电池标称电压是1.7伏,我们正在进行提高电压的工作,以直接替换现有的电池,从而提高能量密度。”

铝电池有望取代锂电池

当电池充电时,铝离子返回到负极,每个离子交换三个电子,锂也进行同样的交换,但速率只有每秒一个电子。Nicol将GMG/UQ的铝离子技术描述为一种直接替代品(替代锂离子技术),它的充电速度之快可以与超级电容器相提并论。Nicol表示:”有些锂离子电池不能超过1.5-2安培,否则会烧掉电池,但我们的技术在理论上没有限制。”

铝离子电池几乎不使用任何外来材料,其环保、经济和安全优势使其成为锂离子电池的可行替代品。锂价从2005年的1460美元/吨涨到2021年5月的13000美元,而同期铝价仅从1730美元涨到2078美元。此外,与锂离子电池不同,如前所述,石墨烯铝离子电池不需要使用铜,而铜的吨成本约为8470美元。

由于GMG自己生产石墨烯,他们有信心在未来能够以所需的成本生产石墨烯铝电池。GMG公司表示,他们的工艺可以降低制造成本,因为他们采用非常低成本的现成天然气来制造石墨烯。

Nicol说:“天然气中,每GJ或每mmbtu(百万英热单位)中大约有15kg的碳原子(具体数值取决气体的组成),在全球大多数国家,1千焦或1mmbtu天然气不到10美元,并可以通过现有的管道输送到消费地点。”

 
 
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