توافقنامه تحقیقاتی جدید برای باتریهای آلومینیوم-یون گرافنی
گروه تولید گرافن (GMG; Graphene Manufacturing Group)، مستقر در بریزبن استرالیا، به تازگی یک توافقنامه تحقیقاتی با دانشگاه کوئینزلند (UQ) منعقد کرده است که به تولید باتریهای آلومینیوم-یون گرافنی GMG ساخته شده با فناوری توسعهیافته توسط دانشمندان دانشگاه کوئینزلند، منجر خواهد شد.
GMG، با بهرهگیری از فناوری توسعهیافته در دانشگاه کوئینزلند (UQ)، نمونههای اولیه تجاری باتری را برای ساعت، تلفن، لپتاپ، دخیرهسازی شبکهای و وسایل نقلیه الکتریکی (EV) تولید خواهد کرد. دانشگاه کوئینزلند فناوری پیشرفته باتری آلومینیوم-یون گرافنی را در انستیتوی مهندسی زیستی و فناوری نانو دانشگاه کوئینزلند استرالیا (AIBN) توسعه دادهاست. به عنوان بخشی از قرارداد جدید، GMG قرارداد مجوز با شرکت تجاریسازی دانشگاه کوئینزلند، موسوم به یونیکوئست (Uniquest) را نیز امضا کردهاست. این قرارداد دسترسی انحصاری به فناوری دانشگاه کوئینزلند برای تولید باتریهای لیتیوم-یون را به GMG اعطا میکند.
باتریهای آلومینیوم-یون ۶۰ بار سریعتر از لیتیوم-یون شارژ میشوند
GMG ادعا میکند که باتری که آنها تولید میکنند میتواند ۶۰ برابر سریعتر از بهترین گزینههای موجود در باتریهای لیتیوم-یون شارژ شوند. این بدان معنی است که، برای مثال، یک آیفون اپل را میتوان در کمتر از ده ثانیه شارژ کرد.
باتریهای آلومینیوم-یون گرافنی GMG همچنین میتوانند سه برابر سایر سلولهای باتری مبتنی بر آلومینیوم انرژی ذخیره کنند. آزمایش داوری همتا، عملکرد این باتری جدید را mAh/g ۱۴۹ در A/g ۵ نشان داد که مشخص میکند این باتری نسبت به هر باتری مبتنی بر آلومینیوم تولید شده تا به امروز بهبود یافته است. شرکت GMG میگوید که این باتری قابل اطمینانترین، قویترین و سریعترین مدت زمان شارژ را در میان باتری آلومینیوم-یون گرافنی موجود ارائه میدهد.
مزیت باتریهای آلومینیومی چیست؟
باتریهای جدید GMG از فویل آلومینیوم، آلومینیوم کلرید، مایع یونی و اوره تشکیل شدهاند. مزیت این مواد نسبت به لیتیوم پایداری آنها است. این باعث میشود که یک باتری ایمنتر با زمان شارژ سریعتر و ظرفیت ذخیرهسازی انرژی متراکمتر ایجاد شود.
باتریهای آلومینیوم-یون سریعتر از همتایان لیتیوم-یون خود شارژ میشوند. این بدان دلیل است که آنها با هر یون، سه الکترون را در زمان شارژ مجدد و بازگشت به الکترود منفی در باتری، مبادله میکنند. اما یونهای لیتیوم تنها میتوانند یک الکترون را در زمان شارژ مجدد از طریق باتری انتقال دهند.
همچنین یونهای آلومینیوم دارای حد آمپر بالا نیز نیستند، بدین معنی که خود به خود گرم نمیشوند و برای عملکرد ایمن به خنککننده اضافی نیاز ندارند. در مقابل، پکیجهای باتری لیتیوم-یون مورد استفاده در وسایل نقلیه الکتریکی از حدود ۲۰ درصد اجزای خنککننده ساخته میشوند. علاوه بر عامل ایمنی، آلومینیوم حتی اگر توسط بدن انسان هضم شود نیز غیر سمی است. برخلاف لیتیوم، آلومینیوم منبعی است که به راحتی در دسترس است. این بدان معنی است که مشکلاتی که باتریهای لیتیوم-یون در استخراج فلزات خاکی کمیاب دارند، در باتریهای آلومینیوم-یون وجود ندارد.
آلومینیوم همچنین یکی از قابل بازیافتترین مواد روی کره زمین است که باعث بهبود بیشتر پایداری باتریهای آلومینیوم-یون در مقایسه با سلولهای لیتیوم-یون میشود. آلومینیوم در مقایسه با لیتیوم به طور قابلتوجهی بسیار ارزانتر است. در سال ۲۰۰۵، قیمت لیتیوم حدود ۱، ۴۶۰ دلار در هر تن بود. قیمت این ماده از آن زمان به طرز چشمگیری به ۱۳۰۰۰ دلار در هر تن افزایش یافت. در عین حال، در همین مدت قیمت آلومینیوم تنها از ۱، ۷۳۰ دلار به ۲، ۰۷۸ دلار در هر تن افزایش یافت.
فناوری باتری آلومینیوم-یون گرافنی
این فناوری در ابتدا توسط استادان AIBN مایکل یو، دکتر شیاودان هوانگ و دانشجوی پسا دکترا یوکی کنگ به کار گرفته شد. این باتری با استفاده از روشهای نانوفناوری و قرار دادن اتمهای آلومینیوم در داخل سوراخ کوچکی که در صفحات گرافن وجود دارد، تولید شود. این روش شامل ایجاد سوراخهایی به ضخامت اتم، در گرافن و ذخیرهسازی آلومینیوم در درون آنها است.
GMG برای پیشبرد قرارداد پژوهش و تولید که به تازگی اعلام شده است، از روابط موجود خود با AIBN (جهت تامین گرافن خود) بهره برد. این شرکت از گرافن ایجاد شده در فرآیند اختصاصی پلاسما استفاده میکند که نسبت به روشهای سنتی تولید گرافیت منجر به چگالی انرژی بالاتر در سلول باتری میشود.
آیا باتریهای آلومینیوم-یون گرافنی آینده این صنعت محسوب میشوند؟
در حال حاضر باتریهای لیتیوم-یون گرافنی کانون صنعتی و تحقیقاتی قوی برای شرکتهای مهندسی و دانشگاههای پیشرو هستند. باتری GMG-UQ دانشگاه کوئینزلند با پروژههای دانشگاه کرنل، دانشگاه مریلند، کنسرسیوم صنعتی Alion اروپا، و دپارتمان علوم پلیمر دانشگاه ججیانگ رقابت میکند.
بهترین سلول آلومینیوم-یون گرافنی به لحاظ عملکرد عمومی توسط دانشگاه استنفورد در حال توسعه است. این سلول میتواند به چگالی انرژی W/kg ۴۱.۲ یا Wh/kg ۶۸.۷ دست یابد. با این حال، سلول GMG-UQ دانشگاه کوئینزلند طبق آزمایشها به W/kg ۷۰۰ یا Wh/kg ۱۶۰ میرسد.
جایگاه درحالشکوفایی تحقیقات در این حوزه (و مزایای بسیار زیاد موجود برای باتریهای آلومینیوم-یون گرافنی)، به آیندهای درخشان برای این فناوری اشاره دارد. این باتری برای جایگزینی فناوری باتری لیتیوم-یون در آینده از جایگاه خوبی برخوردار است.
گامهای بعدی برای باتری جدید GMG
GMG قصد دارد تا در اواخر سال ۲۰۲۱ یا اوایل سال ۲۰۲۲، یک سلول آلومینیوم-یون گرافنی را وارد بازار کند. این باتریها میتوانند به طور کامل در مدت یک دقیقه شارژ شوند و برای دستگاههای هوشمند و بازارهای پوشیدنی مورد استفاده قرار گیرند.
این شرکت امیدوار است تا سال ۲۰۲۴، سلولهای کیسهای خودرو را برای صنعت وسایل نقلیه الکتریکی تولید کند. GMG ادعا میکند که فناوری آن را میتوان در داخل محفظههای فعلی باتریهای لیتیوم-یون در وسایل نقلیه الکتریکی جای داد. این امر حائز اهمیت است؛ زیرا چرخههای تولید خودرو میتواند چندین دهه طول بکشد.
درباره نویسنده «بن پیلکینگتون»
بن پیلکینگتون نویسنده، ویراستار و نمونهخوان مستقل با مدرک کارشناسیارشد در رشته ادبیات انگلیسی از دانشگاه آکسفورد است. او با استفاده از ارتباط نوشتاری متعهد به شفافسازی است و از گفتن داستانهای پیچیده و فنی به شیوهای مناسب و قابلدرک، لذت میبرد.