Учені створили акумулятор з графену, який заряджається в 60 разів швидше, ніж зазвичай

Ученим, які працюють у компанії Graphene Manufacturing Group (Брісбен, Австралія) вдалося створити графенові алюмінієво-іонні акумулятори, які заряджаються до 60 разів швидше, ніж літій-іонні, а розряджаються в 3 рази повільніше.

Про це повідомляє видання forbes.com.

Учені стверджують, що новий тип батарей більш безпечний, тому що не має верхньої межі в амперах, що викликає мимовільний перегрів, більш екологічний і легше утилізуються. Тестування також показало, що акумулятори типу "таблетка" служать у три рази довше, ніж аналогічні літій-іонні.

GMG планує вивести на ринок алюмінієво-іонні графенові акумуляторні в кінці цього або на початку наступного року, а випуск модифікацій для електромобілів запланований на початок 2024 року.

Створені на основі нанотехнології, розробленої в Австралійському інституті біоінженерії і нанотехнологій Квінслендського університету (UQ), нові батареї працюють за рахунок атомів алюмінію, інтегрованих у крихітні отвори графенових пластин. Під час випробувань учені дійшли висновку, що такі осередки мають "видатну продуктивність (149 мАг г-1 при 5 А г-1), що перевершує всі раніше описані катодні матеріали AIB". За словами керівного директора GMG Крейга Ніколя, саме завдяки поєднанню графену й алюмінію батареї стають найпотужнішими, надійними і швидко заряджатимуться. Наприклад, "таблетка" повністю заряджається менше ніж за 10 секунд.

Стверджується, що новинка здатна забезпечувати набагато більшу питому потужність, ніж звичні літій-іонні батареї, не має проблем з охолодженням і перегрівом. Також для їхнього створення не потрібні дорогі рідкоземельні метали.

"Поки проблем з температурою немає. Є висока ймовірність, що нам взагалі не знадобиться охолоджувати ці акумулятори. Це допоможе економити до 20% енергії, яку літій-іонні автомобільні батареї витрачають на охолодження. Та й за низьких температур вони теж добре працювали", — заявив Ніколь.

Крейг Ніколь вважає, що незабаром почнеться масове виробництво графенових батарей. За розмірами вони будуть підходити до будь-яких пристроїв та електромобілів, що вже існують.

"Вони будуть тієї ж форми і напруги, що і нинішні літій-іонні елементи, або ми зможемо надати їм будь-якої форми, яка буде потрібна", — підтвердив він.

Розробками в цій галузі займаються Китайський технологічний університет Даляня й Університет Небраски, Корнельський університет, Університет Клемсона, Університет Меріленда, Стенфордський університет, департамент полімерів Чжецзянського університету і промисловий консорціум European Alion. Однак у GMG не бояться конкуренції, тому що використовують графен, отриманий за допомогою власної плазмової технології, а не з традиційних джерел графіту, і в результаті щільність енергії акумулятора від GMG в три рази перевищує щільність енергії графенової батареї, створеної в Стенфордському університеті. Порівняйте: алюміній-іонна Стенфордська технологія із застосуванням природного графіту забезпечує потужність 41,2 — 68,7 Вт/кг, у той час як пристрій GMG забезпечує потужність до 3000 Вт/кг. А все завдяки тому, що австралійські вчені знайшли спосіб проробляти дірки в графені (тобто створювати осередки) з тим, щоб поміщати в них атоми алюмінію якомога ближче одне до одного. За рахунок цього графен стає дуже щільним і в підсумку стає володарем відмінних електрохімічних характеристик.

"Цей матеріал — SPG3-400, — демонструє виняткову оборотну ємність (197 мАг г-1 при 2 А г-1) і видатну продуктивність", — підсумував Крейг Ніколь.

Алюмінієво-іонна технологія має істотні переваги і недоліки порівняно з літій-іонною акумуляторною технологією, яка сьогодні використовується майже в кожному електромобілі. Коли елемент перезаряджається, іони алюмінію повертаються до негативного електроду і можуть обмінюватися трьома електронами на іон замість обмеження швидкості літію, рівного тільки одному. Крім того, використання іонно-алюмінієвих елементів дає величезну геополітичну, цінову, екологічну перевагу, оскільки в них практично не використовуються будь-які екзотичні матеріали.

"90% закупівель літію для міжнародного виробництва здійснюються в Китаї, а 10% — у Чилі. Але з появою нової технології, у нас є всі необхідні матеріали прямо тут, в Австралії, що значно здешевлює виробництво", — пояснив Ніколь.

GMG поки не уклала договорів про постачання з великими виробниками, однак у компанії сподіваються, що їхня розробка сподобається відомим світовим брендам, таким як Apple. "Уявіть тільки, що iPhone можна буде зарядити за лічені секунди", — говорить директор компанії.

У планах вивести на ринок батарейку-таблетку. Вона буде коштувати дешевше за літій-іонні батареї, оскільки літій подорожчав з 1460 доларів США за метричну тонну у 2005 році до 13 000 доларів США за тонну у 2021 році, у той час як ціна на алюміній виросла з 1730 доларів США до 2078 доларів США за той же період. Також алюміній безпечніший: батьки можуть не переживати, якщо дитина раптом проковтне графенову батарейку, адже алюміній не смертельний, на відміну від літію.

Раніше ми повідомляли про те, що шведські вчені винайшли невагомий акумулятор з карбону. Батарея нового типу зможе якісно замінити гаджети й електротранспорт.