Графеновых алюминиево ионных аккумуляторов

Сайт о нанотехнологиях #1 в России

Инженеры и ученые из университета Чжэцзяна (Zhejiang University), Восточный Китай, разработали алюминиево-графеновую супербатарею, обладающую целым рядом столь выдающихся характеристик, что это вызывает весьма обоснованные сомнения. Согласно разработчикам, эта батарея способна полностью заряжаться всего за 5 секунд, а ее емкости достаточно для обеспечения работы смартфона в течение двух часов. Батарея теряет менее 10 процентов от своей изначальной емкости после 250 тысяч циклов заряда-разрядки, она способна работать при температурах от –40 до 120 градусов Цельсия, она гибка и выдерживает без потери емкости до 10 циклов деформации и, к тому же, более безопасна с точки зрения возможности возгорания, чем обычные литий-ионные аккумуляторные батареи.

Такие фантастические характеристики являются следствием использования тонкой пленки графена в качестве материала положительного электрода и алюминиевой фольги в качестве отрицательного электрода. Главной «фишкой» данной аккумуляторной батареи является графеновый пленочный катод, изготовленный по технологии 3H3C (trihigh tricontinuous). Особенностью этой технологии является создание крошечных графеновых локальных структур (3H) и непрерывная токопроводящая матрица, обеспечивающая как электронную, так и ионную проводимость (3C). Сложная структура катода батареи обеспечивает ей значение плотности хранения энергии на уровне 120 мА*ч/грамм и сверхвысокие динамические характеристики, что позволяет ей заряжаться до 91.7 процентов всего за 1.1 секунды.

Если на основе новой технологии создать батарею для обычного смартфона, то такая батарея сможет прослужить не менее 70 лет даже с учетом того, что ее придется подзаряжать в среднем 10 раз в день.

Однако, некоторые эксперты, в частности Чжен Джиату (Чжен Джиэту), заместитель директора альянса China Electric Vehicle Charging Technology and Industry Alliance, предупреждают, что к приведенным здесь цифрам надо относиться с осторожностью.

«Результаты, о которых объявила исследовательская группа, являются результатами расчетов математических моделей, а не реальными данными, полученными в ходе испытаний опытных образцов. Ведь даже для проверки остаточной емкости батареи после 250 тысяч циклов, потребуется очень долгое время».

Тем не менее, сами исследователи признают, что им предстоит проделать еще массу работы, прежде чем технология алюминиево-графеновых супербатарей приблизится к уровню практического применения. Такие батареи значительно проигрывают литий-ионным батареям по электрической емкости и это является тем фактором, который будет сдерживать возможность их практического использования, несмотря на все остальные фантастические параметры.

Источник

Алюминиево-ионный аккумулятор с графеновым электродом

Австралийские исследователи разработали графеновый электрод для алюминиево-ионных аккумуляторов. Это делает батареи намного мощнее.

Исследователи из Университета Квинсленда в Австралии разработали алюминиево-ионный аккумулятор с графеновым электродом. Он заряжается очень быстро и служит в три раза дольше, чем современные литий-ионные батареи. В настоящее время разрабатывается коммерческий прототип.

Экологически чистые и мощные батареи

Алюминиево-ионные батареи относятся к следующему поколению более экологичных батарей. Команда руководителя исследования Алана Роуэна из Университета Квинсленда в течение многих лет занималась изучением этого типа батарей и теперь рада сообщить о крупном достижении.

«После нескольких лет целенаправленных исследований по усовершенствованию алюминиево-ионной батареи мы рады, что находимся на стадии разработки коммерческих прототипов более устойчивых, быстрее заряжающихся батарей», — сказал Роуэн. Его команда разработала электрод из чрезвычайно тонкой графеновой пленки, который делает алюминиево-ионные батареи более эффективными. В ходе испытаний эти графен-алюминиевые батареи имели в три раза больший срок службы, чем современные литий-ионные батареи, и заряжались в 70 раз быстрее.

Исследователи надеются, что алюминиево-ионные батареи с таким электродом смогут впервые изменить рынок перезаряжаемых батарей. Это связано с тем, что в настоящее время в нем доминируют литий-ионные батареи. «Батареи могут выдерживать большее количество циклов зарядки без ухудшения своих характеристик. Их легче перерабатывать, что снижает риск попадания вредных металлов в окружающую среду», — говорят исследователи. Литий-ионные батареи требовали добычи редкоземельных металлов, на что расходуется большое количество воды, и использовали химические вещества, которые могли нанести вред окружающей среде.

Этот проект, с другой стороны, имеет реальный потенциал, чтобы предложить рынку более экологичную и эффективную альтернативу, сказал он. Поскольку они не содержат лития, батареи также более безопасны. В конце концов, литий неоднократно приводил к возгоранию батарей сотовых телефонов.

Теперь компания Graphene Manufacturing Group (GMG), расположенная в Брисбене, будет превращать науку в практику, производя прототипы всех размеров для часов, смартфонов, ноутбуков, электромобилей и устройств хранения энергии. Крейг Никол, генеральный директор GMG, считает этот проект огромной возможностью для GMG и Австралии. Использование местного сырья для производства аккумуляторных элементов по конкурентоспособной цене, способных заменить импортные литий-ионные элементы, может снизить риски цепочки поставок и создать местные рабочие места, сказал он. Место для первоначального производства в Австралии еще не определено. опубликовано econet.ru по материалам energyload.eu

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Источник

Учёные обещают революционные аккумуляторы уже в 2021-2022 году

Австралийские исследователи сообщили о большом прорыве в создании аккумуляторов. Разработанные ими элементы способны заряжаться в десятки раз быстрее существующих при значительно большей ёмкости и без недостатков литий-ионной технологии.

Инженеры из австралийской компании Graphene Manufacturing Group (GMG) значительно улучшили технологию графеново-алюминиево-ионных аккумуляторов. Они уверяют, что им удалось увеличить скорость заряда в 60 раз в сравнении с лучшими литий-ионными элементами, а ёмкость — в три раза в сравнении с лучшими элементами на основе алюминия. Более того, аккумулятор полностью безопасен, не зависит от перепадов температур и не имеет верхнего предела в амперах. Ещё он более экологичен и имеет увеличенный в три раза срок службы.

Первые алюминиево-ионные графеновые аккумуляторные батареи появятся в продаже уже до конца этого или в начале следующего года, а выход топливных ячеек для автомобилей запланирован на 2024-й. Технология основана на включении в крошечные отверстия в графеновых плоскостях атомов алюминия. Это позволяет добиться высокой мощности и плотности размещения ячеек. По мнению инженеров, нет никаких препятствий для придания аккумуляторам любой формы. При этом батарея, сравнимая размерами с теми, что используются в смартфонах, способна зарядиться менее чем за минуту, имея ёмкость до четырёх раз выше.

Немаловажно, что для создания аккумуляторов не нужны редкоземельные элементы, стоимость которых в последние годы ощутимо возросла. Это позволит говорить о снижении цены при общем улучшении всех параметров.

Источник

Австралийские учёные разработали аккумуляторы из графена и алюминия. Скорость их заряда в десятки раз быстрее литиевых

Компанией Graphene Manufacturing Group из Австралии недавно было сделано громкое заявление: они создали инновационый тип аккумуляторов на основе графена и алюминия. По информации от Forbes, создатели технологии планируют начать выпуск новых аккумуляторов в течение года. Новые батареи по ряду характеристик лучше чем нынешние литиевые аккумуляторы.

Кроме увеличенной ёмкости, разработанные аккумуляторы выгодно выделяются за счёт:

• Отсутствия редкоземельных металлов в составе;
• Низкой стоимости в сравнении с литиевыми моделями;
• Обширного диапазона рабочих температур;
• Устойчивости к горению;
• Способностью выдерживать больший ток.

GMG(Graphene Manufacturing Group) акцентирует внимание на том, что алюминиево-графитовые аккумуляторы можно использовать в электромобилях. Это значительно увеличит ёмкость батарей и запас хода авто на электронной тяге, что однозначно положительно скажется на развитии электротранспорта. Как мы писали в одной из статей, именно минимальный запас хода сейчас делает электромобили неконкурентоспособными.Одна из топовых модификаций Tesla Model S — P100D имеет запас хода чуть более 500 километров в идеальных(!) условиях. .

Пока не ясно, когда именно начнется выпуск новых аккумуляторов для электромобилей. Однако производители уклончиво пообещали наладить выпуск как минимум в 2024 году, в до этого времени аккумуляторы будут выпускаться для других нужд. Скорее всего это небольшие элементы питания вроде батареек АА.

Чем же обусловлены столь длительные сроки? GMG напоминает о необходимости создания батарей для стандартных форм-факторов, а заодно и с аналогичными литиевым аккумуляторам электрическими характеристиками (напряжение и ёмкость, например). В первое время производитель планирует использовать графитово-алюминиевые батареи в собственном формфакторе из-за большей оптимизированности для новейшей технологии. Никаких проблем в будущем производстве продукции на основе алюминиевых аккумуляторов не предвидится.

Из нескольких слоёв графена с перфорациями и порами порядка 2.3 нанометра и состоит катод алюминиево-графитовых батарей. Атомы алюминия в небольших порах обеспечивают высокую плотности материала, что даёт возможности пропустить колоссальные токи и иметь запас большого количества энергии.

Во время заряда литиевые ионы обмениваются на катоде лишь на один электрон, для алюминия обмениваться будут уже три электрона, что сугубо положительно влияет на характеристики.

По заявлениям разработчиков, характеристики инновационных аккумуляторов будут составлять порядка пяти Ампер на грамм и 150 мА в час. К сожалению, на текущий момент энергоёмкость разработанных аккумуляторов примерно на треть хуже образцов актуальных литиевых аккумуляторов. Но если сравнивать со Стэндфорскими лучшими лабораторными образцами алюминиево-ионных батарей, то ёмкость новых аккумуляторов примерно в 3 раза больше.

GMG оптимистично называют разработанные батареи суперконденсаторами. Маленькие элементы формфактора «монетка» (например CR2450) заряжаются за считанные секунды. Будет здорово, если в течение пары лет рынок аккумуляторов освежится за счёт более емких и быстро заряжающихся моделей.

Австралийские учёные и разработчики отличились в электронном мире ещё в феврале 2021 года, когда компания CEP Energy объявила о планах построить до 2023 года самую мощную в мире аккумуляторную сеть мощностью порядка 1.2 гигаватта.

Примерно так будет выглядеть самый большой аккумулятор.

Батареи будут использовать для хранения экологически чистой энергии из сети ветровых и солнечных электростанций. Из-за непостоянной генерации возобновляемой энергии (солнечный свет есть только днём, ветра же вообще непредсказуемы) зачастую накапливаются излишки энергии, которые нужно где-то хранить. Резерв может быть использован и традиционными неэкологичными системами.

На текущий момент аналогичная сеть аккумуляторов находится в США, но она может вмещать до 250 мегаватт энергии. Так что австралийская компания и вправду задала лидирующую планку, которая почти в 5 раз превышает существующий рекорд.

Мы большая компания-разработчик automotive компонентов. В нашем штате около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.

Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Мы активно растем, и открыли много вакансий, в том числе и в регионах. Нам нужны инженеры-программисты, инженеры-конструкторы, ведущие инженеры-разработчики (DSP-программисты) и др.

У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти в этой области и учиться у лучших — рады видеть вас в команде. Также мы готовы делиться экспертизой и важными новостями из мира automotive. Задавайте нам любые вопросы: ответим, обсудим.

Источник

В Австралии создали аккумуляторы из алюминия и графена, которые заряжаются в 60 раз быстрее литийионных

Австралийская компания Graphene Manufacturing Group (GMG) из Брисбена на основе разработки Австралийского института биоинженерии и нанотехнологий Квинслендского университета (UQ) создала аккумуляторы, которые по многим параметрам выглядят намного лучше современных литиевых батарей. Это прорыв, говорят разработчики и обещают через год начать массовое производство новинки.

Источник изображения: Graphene Manufacturing Group

Новые аккумуляторы из алюминия и графена дешевле, не используют редкоземельных металлов, не горят, выдерживают колоссальные токи и широкий диапазон рабочих температур. Подобные перезаряжаемые элементы питания могут подтолкнуть далеко вперёд развитие электрического транспорта. Впрочем, для электромобилей алюминиево-ионные графеновые аккумуляторы компания GMG обещает начать выпускать только в 2024 году, тогда как со следующего года она запустит в производство аккумуляторы для других нужд.

Источник изображения: Graphene Manufacturing Group

Отчего так нескоро? В компании заявляют, что для выпуска алюминиево-ионных графеновых аккумуляторов для электромобилей необходимо создать элементы в стандартных формфакторах и со стандартными электрическими характеристиками, в частности — с таким же напряжением, как литийионные батареи. Пока же компания намерена выпускать революционные элементы в собственном формфакторе, который оптимизирован под фирменную технологию. Это не станет проблемой для выпуска целого спектра продукции на «алюминиевых» батареях, только бы компания сдержала своё обещание.

Источник изображения: Graphene Manufacturing Group

Катод алюминиево-ионной графеновой батареи представляет собой несколько слоёв перфорированного графена с порами примерно 2,3 нм. В поры уложены атомы алюминия, что делает материал довольно плотным с точки зрения возможности запасать энергию и способным пропускать намного большие токи, чем литийионные. Также следует учитывать, что каждый ион алюминия в процессе заряда обменивается на катоде на три электрона, тогда как ион лития обменивается только на один электрон.

Источник изображения: Graphene Manufacturing Group

Заявленные разработчиками токовые характеристики алюминиево-ионных графеновых аккумуляторов достигают 149 мА·ч/г и 5 А/г. По энергоёмкости «алюминиевые» батареи на 30–40 % хуже хороших современных литиевых батарей, но в три раза лучше лучших лабораторных образцов алюминиево-ионных аккумуляторов, которые прежде были разработаны в Стэнфордском университете. Австралийские аккумуляторы в нынешнем виде обещают удельную энергоёмкость до 160 Вт·ч/кг и мощность до 7000 Вт/кг.

Источник изображения: Graphene Manufacturing Group

Благодаря способности выдерживать большие токи разработчики называют свои батареи чуть ли не суперконденсаторами. Элемент типа «монетка» заряжается за несколько секунд в отличие от литиевых аналогов. С этих элементов, кстати, компания GMG рассчитывает начать коммерческое производство алюминийионных аккумуляторов в конце нынешнего года или в начале следующего. Что же, надеемся вскоре увидеть что-то новое и необычное на рынке аккумуляторов.

Источник