Desarrollador de aluminio

Sep 20, 2023

Una revolucionaria tecnología de batería de iones de aluminio y grafeno podría eliminar el ion de litio en cuanto a potencia, ... [+] densidad de energía, velocidad de recarga y respeto por el medio ambiente. Foto: Grupo de fabricación de grafeno

La ansiedad por la autonomía, el reciclaje y los miedos a la carga rápida podrían relegarse a la historia de los vehículos eléctricos con una invención australiana de baterías impulsada por nanotecnología.

Se afirma que las celdas de batería de grafeno y iones de aluminio del Graphene Manufacturing Group (GMG), con sede en Brisbane, se cargan hasta 60 veces más rápido que las mejores celdas de iones de litio y tienen tres veces más energía que las mejores celdas a base de aluminio.

También son más seguros, sin límite superior de amperios que provoquen un sobrecalentamiento espontáneo, más sostenibles y más fáciles de reciclar, gracias a sus materiales base estables. Las pruebas también muestran que las baterías de validación de tipo botón también duran tres veces más que las versiones de iones de litio.

GMG planea llevar al mercado las celdas tipo moneda de iones de aluminio y grafeno a fines de este año o principios del próximo, y se planea lanzar las celdas de bolsa para automóviles a principios de 2024.

Basado en tecnología de punta del Instituto Australiano de Bioingeniería y Nanotecnología de la Universidad de Queensland (UQ), las celdas de la batería usan nanotecnología para insertar átomos de aluminio dentro de pequeñas perforaciones en planos de grafeno.

La tecnología de iones de aluminio de Graphene Manufacturing Group puede cargar un iPhone en menos de 10 ... [+] segundos. Funciona dejando caer átomos de aluminio en perforaciones en grafeno. Foto: Grupo de fabricación de grafeno

Las pruebas realizadas por la publicación especializada revisada por expertos Advanced Functional Materials concluyeron que las células tenían "un rendimiento excepcional de alta velocidad (149 mAh g-1 a 5 A g-1), superando todos los materiales de cátodo AIB informados anteriormente".

El director general de GMG, Craig Nicol, insistió en que, si bien las celdas de su empresa no eran las únicas celdas de iones de aluminio y grafeno en desarrollo, eran fácilmente las más fuertes, confiables y de carga más rápida.

"Se carga tan rápido que es básicamente un supercondensador", afirmó Nicol. "Carga una celda tipo botón en menos de 10 segundos".

Se afirma que las nuevas celdas de la batería ofrecen mucha más densidad de potencia que las baterías de iones de litio actuales, sin los problemas de refrigeración, calefacción o tierras raras a los que se enfrentan.

"Hasta ahora no hay problemas de temperatura. El veinte por ciento de un paquete de baterías de iones de litio (en un vehículo) tiene que ver con el enfriamiento. Hay una gran posibilidad de que no necesitemos ese enfriamiento o calefacción en absoluto". Nicol afirmó.

"No se sobrecalienta y funciona muy bien bajo cero hasta ahora en las pruebas.

"No necesitan circuitos de refrigeración o calefacción, lo que actualmente supone unos 80 kg en un paquete de 100 kWh".

Cuando las baterías de iones de aluminio se recargan, regresan al electrodo negativo e intercambian tres ... [+] electrones de aluminio por ion, en comparación con la velocidad máxima del litio de solo uno. Foto: Grupo de fabricación de grafeno

La nueva tecnología de celdas, insistió Nicol, también podría industrializarse para encajar dentro de las carcasas de iones de litio actuales, como la arquitectura MEB del Grupo Volkswagen, evitando los problemas con las arquitecturas de la industria automotriz que tienden a usarse hasta por 20 años.

"La nuestra tendrá la misma forma y voltaje que las celdas de iones de litio actuales, o podemos cambiar a la forma que sea necesaria", confirmó Nicol.

"Es un reemplazo directo que se carga tan rápido que básicamente es un supercondensador.

"Algunas celdas de iones de litio no pueden hacer más de 1.5-2 amperios o puedes explotar la batería, pero nuestra tecnología no tiene límite teórico".

Las celdas de batería de iones de aluminio son un semillero de desarrollo, particularmente para uso automotriz.

Solo los proyectos recientes han incluido una colaboración entre la Universidad Tecnológica de Dalian de China y la Universidad de Nebraska, además de otras de la Universidad de Cornell, la Universidad de Clemson, la Universidad de Maryland, la Universidad de Stanford, el Departamento de Ciencia de Polímeros de la Universidad de Zhejiang y el consorcio industrial europeo Alion.

Las diferencias son muy técnicas, pero las células GMG utilizan grafeno a partir de su proceso de plasma patentado, en lugar del abastecimiento de grafito tradicional, y el resultado es tres veces la densidad de energía de la siguiente mejor célula, de la Universidad de Stanford.

La celda de moneda de iones de aluminio de Graphene Manufacturing Group estará en producción a principios de 2022. Foto: ... [+] Graphene Manufacturing Group

La tecnología de iones de aluminio y grafito natural de Stanford ofrece 68,7 vatios-hora por kilogramo y 41,2 vatios por kilogramo, mientras que su espuma de grafito aumenta hasta 3000 W/kg.

La batería GMG-UQ lo eleva a entre 150 y 160 Wh/kg y 7000 W/kg.

"Ellos (UQ) encontraron una forma de hacer agujeros en el grafeno y una forma de almacenar átomos de aluminio más juntos en los agujeros.

"Si perforamos agujeros, los átomos se pegan dentro del grafeno y se vuelve mucho más denso, como una bola de bolos en un colchón".

La publicación revisada por pares Advanced Functional Materials encontró que el grafeno de tres capas perforado en la superficie (SPG3-400) tenía "una cantidad significativa de mesoporos en el plano (≈2.3 nm) y una relación O/C extremadamente baja de 2.54%, ha demostrado un excelente rendimiento electroquímico.

"Este material SPG3-400 exhibe una capacidad reversible extraordinaria (197 mAh g-1 a 2 A g-1) y un rendimiento excepcional de alta tasa", concluyó.

La tecnología de iones de aluminio tiene ventajas y desventajas intrínsecas sobre la tecnología preeminente de baterías de iones de litio que se utiliza en casi todos los vehículos eléctricos en la actualidad.

Cuando una celda se recarga, los iones de aluminio regresan al electrodo negativo y pueden intercambiar tres electrones por ion en lugar del límite de velocidad del litio de solo uno.

También existe una gran ventaja geopolítica, de costos, ambiental y de reciclaje al usar celdas de iones de aluminio, porque casi no usan materiales exóticos.

"Es básicamente papel de aluminio, cloruro de aluminio (el precursor del aluminio y puede reciclarse), líquido iónico y urea", dijo Nicol.

"El noventa por ciento de la producción y compra mundial de litio todavía se realiza a través de China y el 10 por ciento a través de Chile.

"Tenemos todo el aluminio que necesitamos aquí mismo en Australia, y se pueden fabricar de manera segura en el primer mundo".

El director científico del Graphene Manufacturing Group, el Dr. Ashok Kumar Nanjundan (izquierda), y el Dr. ... [+] Xiaodan Huang, del Instituto Australiano de Bioingeniería y Nanotecnología de la Universidad de Queensland, hablan sobre el avance de la batería. Foto: Graphene Manufacturing Group.

GMG, que cotiza en la bolsa de valores TSX Venture de Canadá, se enganchó a la tecnología de baterías de iones de aluminio y grafeno de UQ al suministrar grafeno a la universidad.

"Nuestro científico principal de productos, el Dr. Ashok Nanjundan, estuvo involucrado en el proyecto de la Universidad de Queensland en su centro de investigación de nanotecnología en sus primeros días", dijo Nicol, admitiendo que GMG casi "tuvo suerte" con la tecnología al suministrar proyectos de investigación con su grafeno sin costo alguno.

GMG no ha cerrado un acuerdo de suministro con un fabricante o planta de fabricación importante.

"Todavía no estamos vinculados a las grandes marcas, pero esto podría entrar en un iPhone de Apple y cargarlo en segundos", confirmó Nicol.

"Llevaremos primero al mercado la celda tipo moneda. Se recarga en menos de un minuto y tiene tres veces más energía que con el litio", dijo el producto Barcaldine.

"Es un efecto mucho menos adverso para la salud, también. Un niño puede morir por el litio si se ingiere, pero no con el aluminio".

La batería tipo moneda será la primera batería de iones de aluminio de Graphene Manufucuring Group en producción, ... [+] a partir de principios del próximo año. Foto: Grupo de fabricación de grafeno

Otro beneficio sería el costo. El litio aumentó de US$1460 la tonelada métrica en 2005 a US$13.000 la tonelada esta semana, mientras que el precio del aluminio aumentó de US$1730 a US$2078 durante el mismo período.

Otra ventaja es que las celdas de iones de aluminio y grafeno de GMG no utilizan cobre, que cuesta alrededor de 8.470 dólares la tonelada.

Si bien está abierto a acuerdos de fabricación, el plan preferido de GMG es "funcionar" con la tecnología en la medida de lo posible, con plantas de 10 gigavatios a 50 gW, primero, incluso si Australia puede no ser la primera opción lógica para la planta de fabricación.

Tampoco es la única empresa con sede en Brisbane que ofrece soluciones de baterías al mundo.

El Grupo PPK tiene una empresa conjunta con la Universidad de Deakin para desarrollar baterías de litio-azufre y el Grupo Vecco ha confirmado un acuerdo con Shanghai Electric para una planta de fabricación de baterías de vanadio en Brisbane para el almacenamiento de energía comercial.