Ученые создали аккумулятор из графена, который заряжается в 60 раз быстрее обычного

аккумулятор, графен, батарейка
Фото: Graphene Manufacturing Group

Такая батарейка более безопасна для экологии и здоровья, а также стоит в разы дешевле литий-ионных аналогов.

Ученым, работающим в компании Graphene Manufacturing Group (Брисбен, Австралия) удалось создать графеновые алюминиево-ионные аккумуляторы, которые заряжаются до 60 раз быстрее, чем литий-ионные, а разряжаются в 3 раза медленнее.

Об этом сообщает издание forbes.com.

Ученые утверждают, что новый тип батарей более безопасен, потому как не имеет верхнего предела в амперах, вызывающего самопроизвольный перегрев, более экологичен и легче утилизируются. Тестирование также показало, что аккумуляторы типа "таблетка" служат в три раза дольше, чем аналогичные литий-ионные.

GMG планирует вывести на рынок алюминиево-ионные графеновые аккумуляторны в конце этого или в начале следующего года, а выпуск модификаций для электромобилей запланирован на начало 2024 года.

Созданные на основе нанотехнологии, разработанной в Австралийском институте биоинженерии и нанотехнологий Квинслендского университета (UQ), новые батареи работают за счет атомов алюминия интегрированных в крошечные отверстия графеновых пластин. Во время испытаний ученые пришли к выводу, что такие ячейки имеют "выдающуюся производительность (149 мАч г-1 при 5 А г-1), превосходящую все ранее описанные катодные материалы AIB". По словам управляющего директора GMG Крейга Николя, именно благодаря сочетанию графена и алюминия делает батареи самыми мощными, надежными и быстро заряжающимися. Например, "таблетка" полностью заряжается менее чем за 10 секунд.

графен, батарейка, аккумулятор
Составляющие графеновой батарейки

Утверждается, что новинка способна обеспечивать гораздо большую удельную мощность, чем привычные литий-ионные батареи, не имеет проблем с охлаждением и перегревом. Также для их создания не нужны дорогостоящие редкоземельные металлы.

"Пока проблем с температурой нет. Высока вероятность, что нам вообще не понадобится охлаждать эти аккумуляторы. Это поможет экономить до 20% энергии, которую литий-ионные автомобильные батареи тратят на охлаждение. Да и при низких температурах они тоже хорошо работали", — заявил Николь.

Крейг Николь считает, что в скором времени начнется массовое производство графеновых батарей. По размерам они будут подходить к любым уже существующим устройствам и электромобилям.

"Они будут той же формы и напряжения, что и нынешние литий-ионные элементы, или мы сможем придать им любую форму, которая потребуется", — подтвердил он.

Разработками в этой области занимаются Китайский технологический университет Даляня и Университет Небраски, Корнельский университет, Университет Клемсона, Университет Мэриленда, Стэнфордский университет, Департамена полимеров Чжэцзянского университета и промышленный консорциум European Alion. Однако в GMG не боятся конкуренции, потому что используют графен, полученный с помощью собственной плазменной технологии, а не из традиционных источников графита, и в результате плотность энергии аккумулятора от GMG в три раза превышает плотность энергии графеновой батареи, созданной в Стэнфордском университете. Сравните: алюминий-ионная стэнфордская технология с применением природного графита обеспечивает мощность 41,2 — 68,7 Вт/кг, в то время как устройство GMG обеспечивает мощность до 3000 Вт/кг. А все благодаря тому, что австралийские ученые нашли способ проделывать дыры в графене (т.е. создавать ячейки) с тем, чтобы помещать в них атомы алюминия как можно ближе друг к другу. За счет этого графен становится очень плотным и в итоге становится обладателем отличных электрохимических характеристик.

"Этот материал — SPG3-400, — демонстрирует исключительную обратимую емкость (197 мАч г-1 при 2 А г-1) и выдающуюся производительность", — заключил Крейг Николь.

технологии, батарея, аккумулятор, энергия
Принцип работы новой технологии

Алюминиево-ионная технология имеет существенные преимущества и недостатки по сравнению с литий-ионной аккумуляторной технологией, которая сегодня используется почти в каждом электромобиле. Когда элемент перезаряжается, ионы алюминия возвращаются к отрицательному электроду и могут обмениваться тремя электронами на ион вместо ограничения скорости лития, равного только одному. Кроме того, использование ионно-алюминиевых элементов дает огромное геополитическое, ценовое, экологическое преимущество, поскольку в них практически не используются какие-либо экзотические материалы.

"90% закупок лития для международного производства осуществляется в Китае, а 10% — в Чили. Но с появлением новой технологии, у нас есть все необходимые материалы прямо здесь, в Австралии, что значительно удешевляет производство", — пояснил Николь.

GMG пока не заключила договоров о поставках с крупными производителями, однако в компании надеются, что их разработка понравится известным мировым брендам, таким как Apple. "Представьте только, что iPhone можно будет зарядить в считанные за секунды", — говорит директор компании.

В планах вывести на рынок батарейку-таблетку. Она будет стоить дешевле литий-ионных батареек, потому как литий подорожал с 1460 долларов США за метрическую тонну в 2005 году до 13 000 долларов США за тонну в 2021 году, в то время как цена на алюминий выросла с 1730 долларов США до 2078 долларов США за тот же период. Также алюминий безопаснее: родители могут не переживать, если ребенок вдруг проглотит графеновую батарейку, ведь алюминий не смертелен, в отличие от лития. .

Ранее мы сообщали о том, что шведские ученые изобрели невесомый аккумулятор из карбона. Батарея нового типа сможет качественно изменить гаджеты и электротранспорт.