Um novo processo de nanotecnologia deposita íons de alumínio em lâminas de grafeno, criando uma bateria que recarrega até 60 vezes mais rápido do que as atuais de íons de lítio, retém até três vezes mais energia, além de ser mais segura e fácil de se reciclar. A empresa australiana GMG afirma que as baterias estarão disponíveis para clientes automotivos a partir de 2024. As informações são da Forbes.
A GMG planeja lançar células de moedas de íon alumínio e grafeno no mercado no final deste ano ou no início do próximo, com células de bolsas automotivas planejadas para serem lançadas no início de 2024.
Com base na tecnologia inovadora do Instituto Australiano de Bioengenharia e Nanotecnologia da Universidade de Queensland (UQ), as células da bateria usam a nanotecnologia para inserir átomos de alumínio dentro de minúsculas perfurações em planos de grafeno.
Testes pela publicação especializada revisada por pares A publicação Advanced Functional Materials concluiu que as células tiveram “excelente desempenho de alta taxa (149 mAh g − 1 a 5 A g − 1), superando todos os materiais de cátodo AIB relatados anteriormente”.
O diretor administrativo da GMG, Craig Nicol, insistiu que, embora as células de sua empresa não fossem as únicas células de íon alumínio grafeno em desenvolvimento, eram facilmente as mais fortes, confiáveis e de carregamento mais rápido.
“Ele carrega tão rápido que é basicamente um supercapacitor”, afirmou Nicol. “Ele carrega uma célula tipo moeda do iPhone em menos de 10 segundos.”
As novas células da bateria fornecem muito mais densidade de energia do que as baterias de íon de lítio atuais, sem os problemas de resfriamento, aquecimento ou terras raras que enfrentam.
“Até agora não há problemas de temperatura. Vinte por cento de uma bateria de íon de lítio (em um veículo) tem a ver com resfriá-los. Há uma grande chance de não precisarmos desse resfriamento ou aquecimento ”, afirmou Nicol.
“Não sobreaquece e funciona bem abaixo de zero até agora nos testes.
“Eles não precisam de circuitos de resfriamento ou aquecimento, que atualmente respondem por cerca de 80 kg em um pacote de 100 kWh.”
A nova tecnologia de células, insistiu Nicol, também poderia ser industrializada para caber dentro das caixas atuais de íon-lítio, como a arquitetura MEB do Grupo Volkswagen, evitando problemas com arquiteturas da indústria automobilística que tendem a ser usadas por até 20 anos.
“As nossas terão a mesma forma e voltagem que as células de íon-lítio atuais, ou podemos mudar para qualquer forma que for necessária”, confirmou Nicol.
“É uma substituição direta que carrega tão rápido que é basicamente um supercapacitor.
“As células de íon de lítio não podem fazer mais do que 1,5-2 amperes ou você pode explodir a bateria, mas nossa tecnologia não tem limite teórico.”
Células de bateria de íon de alumínio são um leito quente de desenvolvimento, especialmente para uso automotivo.
Os projetos recentes por si só incluíram uma colaboração entre a Dalian University of Technology da China e a University of Nebraska, além de outros da Cornell University, Clemson University, da University of Maryland, da Stanford University, do Departamento de Ciência de Polímeros da Zhejiang University e do consórcio industrial European Alion.
As diferenças são altamente técnicas, mas as células GMG usam grafeno feito de seu processo de plasma proprietário, em vez da fonte de grafite tradicional, e o resultado é três vezes a densidade de energia da próxima melhor célula, da Universidade de Stanford.
A tecnologia de íon de alumínio grafite natural de Stanford oferece 68,7 watts-hora por quilograma e 41,2 watts por quilograma, enquanto sua espuma de grafite atinge até 3000 W / kg.
A bateria GMG-UQ carrega esse avanço para entre 150 e 160Wh / kg e 7000W / kg.
“Eles (UQ) encontraram uma maneira de fazer orifícios no grafeno e de armazenar átomos de alumínio mais próximos nos orifícios.
“Se fizermos furos, os átomos grudam no grafeno e ele se torna muito mais denso, como uma bola de boliche em um colchão.”
A publicação revisada por pares Advanced Functional Materials descobriu que o grafeno de três camadas perfurado na superfície da GMG (SPG3-400) tinha “uma quantidade significativa de mesoporos no plano (≈2,3 nm) e uma relação O / C extremamente baixa de 2,54% , demonstrou excelente desempenho eletroquímico.
“Este material SPG3-400 exibe uma capacidade reversível extraordinária (197 mAh g − 1 a 2 A g − 1) e excelente desempenho de alta taxa”, concluiu.
A tecnologia de íon de alumínio tem vantagens e desvantagens intrínsecas sobre a tecnologia de bateria de íon de lítio proeminente que está sendo usada em quase todos os EV hoje.
Quando uma célula é recarregada, os íons de alumínio retornam ao eletrodo negativo e podem trocar três elétrons por íon, em vez do limite de velocidade do lítio de apenas um.
Há também uma enorme vantagem geopolítica, de custo, ambiental e de reciclagem do uso de células de íons de alumínio, porque quase não usam materiais exóticos.
“É basicamente folha de alumínio, cloreto de alumínio (o precursor do alumínio e pode ser reciclado) e o líquido iônico é a uréia”, disse Nicol.
“Noventa por cento da produção e compra mundial de lítio ainda é feita pela China e 10% pelo Chile.
“Temos todo o alumínio de que precisamos aqui mesmo na Austrália, e eles podem ser feitos com segurança no primeiro mundo.”
Listada na bolsa TSX Venture no Canadá, a GMG aderiu à tecnologia de bateria de íon de alumínio e grafeno da UQ fornecendo grafeno à universidade.
“Nosso principal cientista de produto, Dr. Ashok Nanjundan, esteve envolvido no projeto da Universidade de Queensland em seu centro de pesquisa em nanotecnologia em seus primeiros dias”, disse Nicol, admitindo que a GMG quase “teve sorte” com a tecnologia ao fornecer grafeno a projetos de pesquisa sem nenhum custo.
A GMG não fechou um acordo de fornecimento com um grande fabricante ou instalação de manufatura.
“Ainda não estamos vinculados a grandes marcas, mas isso poderia entrar em um iPhone da Apple e carregá-lo em segundos”, confirmou Nicol.
“Vamos colocar a célula tipo moeda no mercado primeiro. Ele recarrega um iPhone em menos de um minuto e tem quatro vezes mais energia do que o lítio ”, disse o produto Barcaldine.
“É muito menos efeito adverso para a saúde também. Uma criança pode ser morta por lítio se for ingerido, mas não com alumínio. ”
Outro benefício seria o custo. O lítio subiu de US $ 1.460 a tonelada métrica em 2005 para US $ 13.000 a tonelada esta semana, enquanto o preço do alumínio subiu de US $ 1.730 para US $ 2.078 no mesmo período.
Outra vantagem é que as células de íon alumínio grafeno GMG não utilizam cobre, que custa em torno de US $ 8.470 a tonelada.
Embora esteja aberto a acordos de manufatura, o plano preferencial da GMG é “operar” com a tecnologia o máximo possível, com plantas de 10 gigaWatt a 50 gW, primeiro, mesmo que a Austrália possa não ser a primeira escolha lógica para a unidade de manufatura.
Também não é a única empresa sediada em Brisbane a empurrar soluções de bateria para o mundo.
O PPK Group tem uma joint venture com a Deakin University para desenvolver baterias de lítio-enxofre e o Vecco Group confirmou um acordo com a Shanghai Electric para uma fábrica em Brisbane de baterias de vanádio para armazenamento de energia comercial.