Développeur d'aluminium

Sep 20, 2023

Une technologie révolutionnaire de batterie au graphène aluminium-ion pourrait épuiser le lithium-ion pour la puissance, la densité d'énergie, la vitesse de recharge et le respect de l'environnement. Photo: Groupe de fabrication de graphène

L'anxiété d'autonomie, le recyclage et les craintes de recharge rapide pourraient tous être relégués à l'histoire des véhicules électriques avec une invention de batterie australienne axée sur la nanotechnologie.

Les cellules de batterie graphène aluminium-ion du Graphene Manufacturing Group (GMG) basé à Brisbane sont censées se charger jusqu'à 60 fois plus rapidement que les meilleures cellules lithium-ion et détiennent trois fois l'énergie des meilleures cellules à base d'aluminium.

Ils sont également plus sûrs, sans limite supérieure d'Ampère pour provoquer une surchauffe spontanée, plus durables et plus faciles à recycler, grâce à leurs matériaux de base stables. Les tests montrent également que les batteries de validation à pile bouton durent également trois fois plus longtemps que les versions lithium-ion.

GMG prévoit de mettre sur le marché des piles bouton graphène aluminium-ion à la fin de cette année ou au début de l'année prochaine, les cellules de poche automobiles devant être déployées au début de 2024.

Basées sur une technologie révolutionnaire de l'Institut australien de bioingénierie et de nanotechnologie de l'Université du Queensland (UQ), les cellules de la batterie utilisent la nanotechnologie pour insérer des atomes d'aluminium à l'intérieur de minuscules perforations dans les plans de graphène.

La technologie aluminium-ion du Graphene Manufacturing Group peut charger un iPhone en moins de 10 ... [+] secondes. Il fonctionne en laissant tomber des atomes d'aluminium dans des perforations de graphène. Photo: Groupe de fabrication de graphène

Les tests effectués par la publication spécialisée à comité de lecture Advanced Functional Materials ont conclu que les cellules avaient "des performances exceptionnelles à haut débit (149 mAh g-1 à 5 A g-1), dépassant tous les matériaux de cathode AIB précédemment rapportés".

Le directeur général de GMG, Craig Nicol, a insisté sur le fait que même si les cellules de son entreprise n'étaient pas les seules cellules graphène aluminium-ion en cours de développement, elles étaient de loin les plus puissantes, les plus fiables et les plus rapides.

"Il se charge si vite qu'il s'agit essentiellement d'un super condensateur", a déclaré Nicol. "Il charge une pile bouton en moins de 10 secondes."

Les nouvelles cellules de batterie sont censées fournir une densité de puissance bien supérieure à celle des batteries lithium-ion actuelles, sans les problèmes de refroidissement, de chauffage ou de terres rares auxquels elles sont confrontées.

"Jusqu'à présent, il n'y a pas de problèmes de température. Vingt pour cent d'une batterie lithium-ion (dans un véhicule) est liée à leur refroidissement. Il y a de très fortes chances que nous n'ayons pas du tout besoin de ce refroidissement ou de ce chauffage", a déclaré Nicol.

"Il ne surchauffe pas et il fonctionne bien en dessous de zéro jusqu'à présent lors des tests.

"Ils n'ont pas besoin de circuits pour le refroidissement ou le chauffage, qui représentent actuellement environ 80 kg dans un pack de 100 kWh."

Lorsque les batteries aluminium-ion se rechargent, elles retournent à l'électrode négative et échangent trois électrons d'aluminium … [+] par ion, par rapport à la vitesse maximale du lithium d'un seul. Photo: Groupe de fabrication de graphène

La nouvelle technologie cellulaire, a insisté Nicol, pourrait également être industrialisée pour s'adapter aux boîtiers lithium-ion actuels, comme l'architecture MEB du groupe Volkswagen, évitant ainsi les problèmes avec les architectures de l'industrie automobile qui ont tendance à être utilisées jusqu'à 20 ans.

"Les nôtres auront la même forme et la même tension que les cellules lithium-ion actuelles, ou nous pouvons passer à la forme nécessaire", a confirmé Nicol.

"C'est un remplacement direct qui se charge si vite qu'il s'agit essentiellement d'un super condensateur.

"Certaines cellules lithium-ion ne peuvent pas faire plus de 1,5 à 2 ampères ou vous pouvez faire exploser la batterie, mais notre technologie n'a pas de limite théorique."

Les cellules de batterie aluminium-ion sont un foyer de développement, en particulier pour une utilisation automobile.

À eux seuls, les projets récents ont inclus une collaboration entre l'Université de technologie de Dalian en Chine et l'Université du Nebraska, ainsi que d'autres de l'Université Cornell, de l'Université Clemson, de l'Université du Maryland, de l'Université de Stanford, du Département des sciences des polymères de l'Université du Zhejiang et du consortium industriel européen Alion.

Les différences sont très techniques, mais les cellules GMG utilisent du graphène issu de son procédé plasma exclusif, plutôt que de l'approvisionnement traditionnel en graphite, et le résultat est trois fois la densité d'énergie de la meilleure cellule suivante, de l'Université de Stanford.

La pile bouton aluminium-ion du Graphene Manufacturing Group sera en production début 2022. Photo : ... [+] Graphene Manufacturing Group

La technologie aluminium-ion graphite naturel de Stanford fournit 68,7 wattheures par kilogramme et 41,2 watts par kilogramme, tandis que sa mousse de graphite atteint 3 000 W/kg.

La batterie GMG-UQ pousse cela entre 150 et 160Wh/kg et 7000W/kg.

"Ils (UQ) ont trouvé un moyen de faire des trous dans le graphène et un moyen de stocker les atomes d'aluminium plus près les uns des autres dans les trous.

"Si nous forons des trous, les atomes collent à l'intérieur du graphène et il devient beaucoup plus dense, comme une boule de bowling sur un matelas."

La publication à comité de lecture Advanced Functional Materials a révélé que le graphène à trois couches perforé en surface (SPG3-400) avait "une quantité importante de mésopores dans le plan (≈2,3 nm) et un rapport O/C extrêmement faible de 2,54 %, a démontré d'excellentes performances électrochimiques.

"Ce matériau SPG3-400 présente une capacité réversible extraordinaire (197 mAh g-1 à 2 A g-1) et des performances exceptionnelles à haut débit", a-t-il conclu.

La technologie aluminium-ion présente des avantages et des inconvénients intrinsèques par rapport à la technologie de batterie lithium-ion prééminente utilisée dans presque tous les véhicules électriques aujourd'hui.

Lorsqu'une cellule se recharge, les ions d'aluminium retournent à l'électrode négative et peuvent échanger trois électrons par ion au lieu de la limite de vitesse du lithium d'un seul.

L'utilisation de cellules aluminium-ion présente également un énorme avantage géopolitique, économique, environnemental et de recyclage, car elles n'utilisent pratiquement aucun matériau exotique.

"Il s'agit essentiellement de papier d'aluminium, de chlorure d'aluminium (le précurseur de l'aluminium et il peut être recyclé), de liquide ionique et d'urée", a déclaré Nicol.

"90 % de la production et des achats mondiaux de lithium passent toujours par la Chine et 10 % par le Chili.

"Nous avons tout l'aluminium dont nous avons besoin ici en Australie, et ils peuvent être fabriqués en toute sécurité dans le premier monde."

Le directeur scientifique du Graphene Manufacturing Group, le Dr Ashok Kumar Nanjundan (à gauche), et le Dr Xiaodan Huang de l'Institut australien de bioingénierie et de nanotechnologie de l'Université du Queensland discutent de la percée de la batterie. Photo : Groupe de fabrication de graphène.

Inscrite à la bourse de croissance TSX au Canada, GMG s'est accrochée à la technologie de batterie graphène aluminium-ion de l'UQ en fournissant du graphène à l'université.

"Notre scientifique principal, le Dr Ashok Nanjundan, a été impliqué dans le projet de l'Université du Queensland dans son centre de recherche en nanotechnologie à ses débuts", a déclaré Nicol, admettant que GMG a presque "eu de la chance" dans la technologie en fournissant gratuitement son graphène à des projets de recherche.

GMG n'a pas conclu d'accord d'approvisionnement avec un grand fabricant ou une usine de fabrication.

"Nous ne sommes pas encore liés aux grandes marques, mais cela pourrait entrer dans un iPhone d'Apple et le charger en quelques secondes", a confirmé Nicol.

"Nous commercialiserons d'abord la pile bouton. Elle se recharge en moins d'une minute et a trois fois plus d'énergie qu'avec le lithium", a déclaré le produit Barcaldine.

"C'est aussi beaucoup moins d'effets néfastes sur la santé. Un enfant peut être tué par le lithium s'il est ingéré, mais pas par l'aluminium."

La pile bouton sera la première batterie aluminium-ion du Graphene Manufucturing Group en production, à partir du début de l'année prochaine. Photo: Groupe de fabrication de graphène

Un autre avantage serait le coût. Le lithium est passé de 1 460 $ US la tonne métrique en 2005 à 13 000 $ US la tonne cette semaine, tandis que le prix de l'aluminium est passé de 1 730 $ US à 2 078 $ US au cours de la même période.

Un autre avantage est que les cellules GMG graphène aluminium-ion n'utilisent pas de cuivre, qui coûte environ 8470 $ US la tonne.

Bien qu'il soit ouvert aux accords de fabrication, le plan préféré de GMG est de "fonctionner" avec la technologie aussi loin que possible, avec des usines de 10 gigaWatt à 50gW, d'abord, même si l'Australie n'est peut-être pas le premier choix logique pour l'usine de fabrication.

Ce n'est pas non plus la seule entreprise basée à Brisbane à proposer des solutions de batteries dans le monde.

Le groupe PPK a une coentreprise avec l'Université Deakin pour développer des batteries au lithium-soufre et le groupe Vecco a confirmé un accord avec Shanghai Electric pour une usine de fabrication à Brisbane de batteries au vanadium pour le stockage d'énergie commerciale.