アルミニウムの開発者

Sep 20, 2023

画期的なグラフェン アルミニウム イオン バッテリー技術は、電力、エネルギー密度、充電速度、環境への優しさにおいてリチウムイオンを吹き飛ばす可能性があります。 写真：グラフェン製造グループ

航続距離への不安、リサイクル、急速充電への不安はすべて、ナノテクノロジーを活用したオーストラリアの電池発明によって、電気自動車の歴史に組み込まれる可能性がある。

ブリスベンに本拠を置くグラフェン・マニュファクチャリング・グループ（GMG）のグラフェン・アルミニウム・イオン・バッテリー・セルは、最高のリチウムイオン・セルより最大60倍速く充電し、最高のアルミニウム・ベースのセルの3倍のエネルギーを保持できると主張されている。

また、自然な過熱を引き起こすアンペアの上限がなく、より安全であり、安定したベース材料のおかげで、より持続可能でリサイクルが容易です。 テストでは、コイン型電池の検証バッテリーもリチウムイオンバージョンよりも 3 倍長く持続することが示されています。

GMGはグラフェン・アルミニウムイオン・コイン電池を今年後半か来年初めに市場に投入する予定で、自動車用パウチ電池は2024年初めに展開する予定だ。

クイーンズランド大学 (UQ) オーストラリア生物工学・ナノテクノロジー研究所の画期的な技術に基づいたバッテリー セルは、ナノテクノロジーを使用してグラフェン面の小さな穴の中にアルミニウム原子を挿入します。

Graphene Manufacturing Group のアルミニウム イオン テクノロジーは、iPhone を 10 ... [+] 秒以内に充電できます。 アルミニウム原子をグラフェンの穴に落とすことで機能します。 写真：グラフェン製造グループ

査読済みの専門誌「Advanced Functional Materials」の出版物によるテストでは、このセルは「これまでに報告されたすべてのAIB正極材料を上回る、優れた高速性能（5A g-1で149mAh g-1）」を備えていると結論付けられた。

GMGマネージングディレクターのクレイグ・ニコル氏は、同社のセルは開発中の唯一のグラフェン・アルミニウム・イオン・セルではないが、間違いなく最も強力で、最も信頼性が高く、最速の充電であると主張した。

「充電が非常に速いので、基本的にはスーパーキャパシタです」とニコル氏は主張した。 「コイン型電池を 10 秒以内に充電します。」

新しいバッテリーセルは、現在のリチウムイオンバッテリーよりもはるかに高い出力密度を実現し、直面する冷却、加熱、またはレアアースの問題も発生しないと主張されています。

「今のところ温度の問題はありません。（車両に搭載されている）リチウムイオン電池パックの20％は冷却に関係しています。冷却や加熱がまったく必要なくなる可能性が非常に高いです。」ニコルは主張した。

「これまでのテストでは過熱することはなく、氷点下でも問題なく動作しています。

「現在、100kWhのパックで約80kgを占める冷却や加熱のための回路は必要ありません。」

アルミニウム イオン バッテリーが充電されると、負極に戻り、イオンごとに 3 つのアルミニウム ...[+] 電子を交換します。一方、リチウムの最高速度は 1 つだけです。 写真：グラフェン製造グループ

新しいセル技術は、フォルクスワーゲン・グループのMEBアーキテクチャのように、現在のリチウムイオン・ハウジング内に適合するように工業化することも可能であり、最長20年間使用される傾向にある自動車業界のアーキテクチャの問題を回避できる、とニコル氏は主張した。

「私たちの電池は現在のリチウムイオン電池と同じ形状と電圧になりますが、必要に応じてどんな形状にも移行することができます」とニコル氏は認めた。

「これは非常に急速に充電される、基本的にはスーパーキャパシタの直接の代替品です。

「一部のリチウムイオン電池は1.5～2アンペアしか出力できなかったり、バッテリーが爆発してしまう可能性がありますが、私たちの技術には理論上の限界がありません。」

アルミニウムイオン電池セルは、特に自動車用途において開発の温床となっています。

最近のプロジェクトだけでも、中国の大連理工大学とネブラスカ大学の共同研究に加え、コーネル大学、クレムソン大学、メリーランド大学、スタンフォード大学、浙江大学の高分子学部、欧州アリオン産業コンソーシアムとの共同研究が含まれています。

違いは高度に技術的なものですが、GMG セルは従来のグラファイト調達ではなく、独自のプラズマプロセスで作られたグラフェンを使用しており、その結果、スタンフォード大学の次に優れたセルの 3 倍のエネルギー密度が得られます。

グラフェン製造グループのアルミニウムイオンコイン電池は、2022 年初頭に生産開始される予定です。 写真: ... [+] グラフェン製造グループ

スタンフォードの天然グラファイト アルミニウム イオン テクノロジーは、1 キログラムあたり 68.7 ワット時と 1 キログラムあたり 41.2 ワット時を実現し、グラファイト フォームは最大 3000 W/kg まで増加します。

GMG-UQ バッテリーは、これを 150 ～ 160Wh/kg および 7000W/kg まで引き上げます。

「彼ら（UQ）は、グラフェンに穴を開ける方法と、穴の中にアルミニウム原子を近づけて格納する方法を発見しました。

「ドリルで穴を開けると、原子がグラフェンの中に突き刺さり、マットレスの上のボウリングの球のように密度がさらに高くなります。」

査読済みの出版物「Advanced Functional Materials」では、表面に穴があいた 3 層グラフェン (SPG3-400) が「大量の面内メソ細孔 (約 2.3 nm) と、2.54% という極めて低い O/C 比を持っている」ことを発見しました。優れた電気化学的性能を実証しました。

「この SPG3-400 材料は、並外れた可逆容量 (2 A g-1 で 197 mAh g-1) と優れた高速性能を示します。」と結論付けています。

アルミニウムイオン技術には、現在ほぼすべてのEVに使用されている優れたリチウムイオン電池技術に比べて、本質的な長所と短所があります。

セルが再充電されると、アルミニウムイオンは負極に戻り、リチウムの速度制限が 1 つだけである代わりに、イオンごとに 3 つの電子を交換できます。

また、アルミニウムイオン電池には珍しい材料がほとんど使用されていないため、アルミニウムイオン電池を使用することには、地政学的、コスト、環境、リサイクルの面で大きな利点があります。

「基本的にはアルミ箔、塩化アルミニウム（アルミニウムの前駆体でリサイクル可能）、イオン液体、尿素で構成されています」とニコル氏は言う。

「世界のリチウム生産と購入の90％は依然として中国経由で、10％はチリ経由だ。

「必要なアルミニウムはすべてここオーストラリアにあり、先進国で安全に製造できます。」

グラフェン製造グループの最高科学責任者であるアショク・クマール・ナンジュンダン博士（左）とクイーンズランド大学オーストラリア生物工学・ナノテクノロジー研究所のシャオダン・ファン博士が電池の画期的な進歩について語ります。 写真: グラフェン製造グループ。

カナダの TSX Venture 取引所に上場している GMG は、大学にグラフェンを供給することで、UQ のグラフェン アルミニウム イオン電池技術に自らを取り込みました。

「当社の主任製品科学者であるアショク・ナンジュンダン博士は、初期の頃、クイーンズランド大学のナノテクノロジー研究センターでプロジェクトに携わっていました」とニコル氏は述べ、GMGが自社のグラフェンを無償で研究プロジェクトに供給することで、ほぼ「幸運に」この技術に参入したことを認めた。

GMGは大手メーカーや製造施設との供給契約を締結していない。

「私たちはまだ大手ブランドと提携していないが、これがApple iPhoneに搭載され、数秒で充電される可能性がある」とニコル氏は認めた。

「われわれはまずコイン電池を市場に投入する。充電は1分未満で完了し、リチウムの3倍のエネルギーを持つ」とバーカルディン製品は述べた。

「健康への悪影響もかなり少ないです。リチウムを摂取すると子供が死亡する可能性がありますが、アルミニウムでは死亡しません。」

このコイン電池は、グラフェン製造グループの最初のアルミニウムイオン電池として、来年初めに生産が開始される予定です...[+]。 写真：グラフェン製造グループ

もう一つの利点はコストです。 リチウムは2005年の1トン当たり1,460米ドルから今週1万3,000米ドルに上昇し、アルミニウムの価格は同じ期間に1,730米ドルから2,078米ドルに少しずつ上昇した。

もう 1 つの利点は、GMG グラフェン アルミニウム イオン電池が、1 トンあたり約 8,470 米ドルのコストがかかる銅を使用していないことです。

製造契約にはオープンだが、GMGが好む計画は、オーストラリアが製造施設の論理的な第一選択ではないとしても、まずは10ギガワットから50ギガワットのプラントで可能な限りその技術を「実行」することだ。

ブリスベンに拠点を置き、バッテリーソリューションを世界に広めている唯一の企業ではありません。

PPKグループはリチウム硫黄電池の開発でディーキン大学と合弁事業を行っており、Veccoグループは商業エネルギー貯蔵用のバナジウム電池のブリスベン製造工場について上海電気との契約を確認した。