Với việc phát minh ra pin chạy bằng công nghệ nano ở Úc, những lo ngại về phạm vi hoạt động của xe điện, tái chế và sạc nhanh đều có thể trở thành lịch sử.

Pin graphene nhôm-ion của Tập đoàn sản xuất Graphene Brisbane (GMG) được cho là sạc nhanh hơn 60 lần so với pin lithium-ion tốt nhất và khả năng lưu trữ năng lượng gấp 3 lần so với pin nhôm tốt nhất.

Chúng cũng an toàn hơn, không có giới hạn ampe có thể gây ra quá nhiệt tự phát, bền vững hơn và dễ tái chế hơn nhờ chất nền ổn định của chúng. Các thử nghiệm cũng cho thấy tuổi thọ của loại pin đồng xu này gấp ba lần so với pin lithium-ion.

GMG có kế hoạch đưa pin đồng xu graphene nhôm ion ra thị trường vào cuối năm 2021 hoặc đầu năm 2022 và sẽ ra mắt pin túi ô tô vào đầu năm 2024.

Công nghệ ion nhôm graphene

Loại pin này dựa trên công nghệ đột phá của Viện Công nghệ sinh học và Công nghệ nano Úc tại Đại học Queensland, sử dụng công nghệ nano để bơm các nguyên tử nhôm vào các lỗ hổng của mặt phẳng graphene.

Được kiểm tra bởi ấn phẩm chuyên gia đánh giá ngang hàng "Vật liệu chức năng nâng cao", pin có "hiệu suất tốc độ cao tuyệt vời (149 mAh g-1 ở 5A g-1), vượt qua tất cả các vật liệu catốt được báo cáo trước đây cho pin nhôm-ion".

Tổng giám đốc GMG Craig Nicol (Craig Nicol) cho biết, mặc dù pin của công ty không phải là pin graphene nhôm-ion duy nhất đang được phát triển, nhưng chắc chắn chúng là loại pin mạnh nhất, đáng tin cậy nhất và sạc nhanh nhất.

"Nó sạc rất nhanh. Về cơ bản nó là một siêu tụ điện," Nicol nói. "Nó có thể sạc pin đồng xu trong vòng chưa đầy 10 giây."
Người ta nói rằng loại pin mới này có thể cung cấp mật độ năng lượng lớn hơn so với pin lithium-ion hiện tại và không có vấn đề về làm mát, sưởi ấm hoặc đất hiếm.

"Cho đến nay không có vấn đề về nhiệt độ. 20% năng lượng trong bộ pin lithium-ion (trong xe) cần được sử dụng để làm mát. Rất có thể pin của chúng tôi hoàn toàn không cần phải làm mát hay làm nóng." ." Nicol nói.

"Hiện đang trong quá trình thử nghiệm, nó sẽ không quá nóng và hoạt động tốt dưới nhiệt độ không độ. Chúng không yêu cầu mạch làm mát hoặc sưởi ấm,

Nicol nói rằng công nghệ pin mới cũng có thể được công nghiệp hóa để thích ứng với vỏ lithium-ion hiện tại, chẳng hạn như kiến ​​trúc MEB của Tập đoàn Volkswagen, do đó tránh được các vấn đề của kiến ​​trúc ngành ô tô, vốn thường được sử dụng tới 20 năm.

Nicol cho biết: "Pin của chúng tôi sẽ có hình dạng và điện áp giống như pin lithium-ion hiện tại, hoặc chúng tôi có thể biến thành bất kỳ hình dạng nào chúng tôi cần".

"Đây là một thiết bị thay thế trực tiếp, sạc rất nhanh, về cơ bản giống như một siêu tụ điện. Một số pin lithium-ion không thể vượt quá 1,5-2 ampe, nếu không pin sẽ phát nổ, nhưng công nghệ của chúng tôi không có giới hạn lý thuyết."

Ắc quy ion nhôm dùng trong ô tô

Pin nhôm ion là một điểm nóng để phát triển, đặc biệt là cho ô tô.

Chỉ những dự án gần đây nhất mới bao gồm sự hợp tác giữa Đại học Công nghệ Đại Liên và Đại học Nebraska, Đại học Cornell, Đại học Clemson, Đại học Maryland, Đại học Stanford, Khoa Khoa học Polyme Đại học Chiết Giang và Liên minh Hợp tác Công nghiệp Aion Châu Âu.

Sự khác biệt mang tính kỹ thuật cao, nhưng pin GMG sử dụng graphene được sản xuất bởi quy trình plasma độc quyền của nó thay vì nguồn than chì truyền thống và mật độ năng lượng của nó gấp ba lần so với pin tốt thứ hai của Stanford.

Công nghệ ion nhôm than chì tự nhiên của Đại học Stanford cung cấp hai mật độ năng lượng là 68,7Wh/kg và 41,2Wh/kg, trong khi bọt than chì của nó cao tới 3000Wh/kg.

Loại pin mà GMG hợp tác với Đại học Queensland sẽ tăng những con số này lên từ 150-160Wh/kg và 7000Wh/kg.

"Các nhà nghiên cứu tại Đại học Queensland đã phát hiện ra một cách để tạo lỗ trên graphene và lưu trữ các nguyên tử nhôm chặt chẽ hơn trong các lỗ. Nếu chúng ta khoan lỗ trên graphene, các nguyên tử sẽ dính vào graphene, mật độ của graphene sẽ tăng lên rất nhiều."

Ấn phẩm được đánh giá ngang hàng "Vật liệu chức năng nâng cao" đã phát hiện ra rằng graphene ba lớp đục lỗ bề mặt (SPG3-400) có "một số lượng lớn mesopores trong mặt phẳng (≈2,3nm) và tỷ lệ oxy trên carbon cực kỳ thấp (O/C) là 2,54%. , Cho thấy hiệu suất điện hóa tuyệt vời."

"Vật liệu SPG3-400 này thể hiện khả năng đảo ngược đặc biệt (197mAhg-1 ở 2Ag-1) và hiệu suất tốc độ cao tuyệt vời." Báo cáo kết luận.

Ưu điểm công nghệ ion nhôm

So với công nghệ pin lithium-ion tuyệt vời hiện đang được sử dụng trong hầu hết mọi loại xe điện, công nghệ nhôm-ion có những ưu điểm vốn có.

Khi pin được sạc, các ion nhôm quay trở lại điện cực âm và mỗi ion có thể trao đổi ba điện tử, trong khi giới hạn tốc độ của các ion lithium chỉ là một điện tử.

Việc sử dụng pin nhôm ion cũng có những lợi thế lớn về địa chính trị, chi phí, môi trường và tái chế vì chúng hầu như không sử dụng bất kỳ vật liệu nước ngoài nào. "Về cơ bản nó là lá nhôm, nhôm clorua (tiền chất của nhôm có thể tái chế), chất lỏng ion và urê." Nicol nói.

"90% sản xuất và mua lithium của thế giới vẫn đi qua Trung Quốc và 10% đi qua Chile. Úc có nhôm mà chúng tôi cần và chúng có thể được sản xuất một cách an toàn ở thế giới thứ nhất." Anh nói.

Một lợi ích khác của pin ion nhôm là tiết kiệm chi phí. Giá lithium đã tăng từ 1.460 USD/tấn năm 2005 lên 13.000 USD/tấn trong tuần này, trong khi giá nhôm tăng nhẹ từ 1.730 USD/tấn lên 2078 USD trong cùng thời kỳ.

Một ưu điểm khác là pin ion nhôm graphene của GMG không sử dụng đồng và giá thành của đồng là khoảng 8.470 USD/tấn.

Mặc dù GMG sẵn sàng cho các thỏa thuận sản xuất, nhưng kế hoạch ưu tiên của họ là "triển khai" công nghệ càng nhiều càng tốt, bắt đầu với các nhà máy điện 10gW đến 50gW, mặc dù Úc có thể không phải là lựa chọn đầu tiên hợp lý cho các cơ sở sản xuất.

Tại Brisbane, GMG không phải là công ty duy nhất đưa các giải pháp về pin ra thế giới. Tập đoàn PPK thành lập liên doanh với Đại học Deakin để phát triển pin lithium-lưu huỳnh. Tập đoàn Vecco đã xác nhận một thỏa thuận với Shanghai Electric để xây dựng một nhà máy sản xuất pin vanadi để lưu trữ năng lượng thương mại ở Brisbane.