Het in Brisbane gevestigde Graphene Manufacturing Group (GMG) ontwikkelt duurzamere batterijen die ultrasnel opladen en tot drie keer langer meegaan dan lithium-ionbatterijen, met behulp van technologie die is ontwikkeld aan de Universiteit van Queensland (UQ). Het zijn grafeen-aluminium-ionbatterijen, waarvoor geen lithium nodig is.
GMG is onlangs genoteerd aan de TSX Venture Exchange in Canada en zal batterijprototypes produceren voor telefoons, laptops, horloges, elektrische voertuigen (EV’s) en energieopslag in het elektriciteitsnet, in het kader van een onderzoeksovereenkomst met wetenschappers van het Institute for Bioengineering and Nanotechnology (AIBN) van de Universiteit van Queensland (UQ).
Professor Rowan zei:
Tests hebben aangetoond dat oplaadbare grafeen-aluminium-ionbatterijen een levensduur hebben die tot drie keer langer is dan die van de huidige toonaangevende lithium-ionbatterijen, en dat ze dankzij de hogere energiedichtheid tot 70 keer sneller opladen. Bovendien kunnen de batterijen vaker worden opgeladen zonder prestatieverlies en zijn ze gemakkelijker te recyclen, waardoor de kans op het lekken van schadelijke metalen in het milieu kleiner wordt.
Deze door nanotechnologie ontwikkelde batterij-uitvinding zou de angst voor een te kleine actieradius , snelladen en recyclingproblemen kunnen wegnemen. Het zou zelfs de doorslaggevende factor kunnen zijn voor een snelle en massale acceptatie van elektrische voertuigen wereldwijd. Bovendien levert hij betere prestaties, zonder de problemen met koeling, oververhitting of zeldzame aardmetalen waar lithium-ionbatterijen mee kampen.
GMG is van plan om zijn grafeen-aluminium-ion-knoopcelbatterijen eind 2021 of begin 2022 op de markt te brengen, gevolgd door pouch-batterijen voor de automobielindustrie begin 2024. Het bedrijf heeft nog geen leveringsovereenkomst gesloten met een belangrijke fabrikant, maar verklaarde het volgende:
We brengen eerst de knoopcelbatterij op de markt. Deze laadt in minder dan een minuut op en heeft drie keer zoveel energie als lithiumbatterijen. We hebben nog geen contracten met grote merken, maar deze batterij zou in een Apple iPhone kunnen passen en deze binnen enkele seconden opladen.
In experimenten uitgevoerd door de AIBN-wetenschappers aan de UQ leverden prototypes van knoopcelbatterijen de volgende belangrijke prestatiecijfers op:
- Een vermogensdichtheid van ongeveer 7.000 W/kg. (Vermogensdichtheid geeft aan hoe snel een cel kan opladen en ontladen. Ter vergelijking: huidige lithium-ionbatterijen hebben een vermogensdichtheid tussen de 250 en 700 W/kg, en ultracondensatoren leveren ongeveer 12.000 tot 14.000 W/kg.)
- Een energiedichtheid van 150-160 Wh/kg, 60% van de energie per gewicht van de beste commerciële lithium-ioncellen van dit moment. (Hoe hoger de energiedichtheid, hoe groter de actieradius van uw accupakket.)
Het eerste van de twee belangrijkste prestatiecijfers, de enorme laadsnelheid, is de echte blikvanger voor een fabrikant van elektrische voertuigen.
Craig Nicol, algemeen directeur van GMG, zei in een interview met Forbes :
Het laadt zo snel op dat het in feite een supercondensator is. Het laadt een knoopcelbatterij in minder dan 10 seconden op.
Tot nu toe zijn er geen temperatuurproblemen. Twintig procent van een lithium-ion-accupakket (in een voertuig) bestaat uit koelcomponenten. De kans is zeer groot dat we die koeling of verwarming helemaal niet nodig zullen hebben. De accu raakt niet oververhit en functioneert tot nu toe prima bij temperaturen onder nul tijdens de tests. Er zijn geen aparte circuits nodig voor koeling of verwarming, die momenteel zo’n 80 kg van een 100 kWh-accupakket uitmaken.
Dat betekent dat er 80 kg extra ruimte in de envelop is om extra cellen toe te voegen.
Fabrikanten zouden de nieuwe celtechnologie zelfs kunnen industrialiseren, zodat deze in de huidige lithium-ion-behuizingen past.
Nicol vervolgde:
Onze batterijen zullen dezelfde vorm en spanning hebben als de huidige lithium-ioncellen, maar we kunnen ook overstappen op elke gewenste vorm. Het is een directe vervanging die zo snel oplaadt dat het in feite een supercondensator is. Sommige lithium-ioncellen kunnen niet meer dan 1,5-2 ampère leveren, anders kan de batterij ontploffen, maar onze technologie kent geen theoretische limiet.
Er is echter een addertje onder het gras : de laadinfrastructuur. Ter illustratie:
- De Superchargers van Tesla pompen elektronen met een snelheid tot 250 kW – dat is een energieoverdracht van 60 kWh in ongeveer 15 minuten. Als je slechts tien keer sneller wilt opladen (en niet de 70 keer die de nieuwe batterij volgens Tesla kan), dan moet het laadpunt direct 2,5 megawatt aan de laadkabel leveren.
- Als 240 elektrische auto’s met deze ultrasnelle laadbatterijen tegelijkertijd zouden worden aangesloten, zouden ze een onmiddellijke belasting van het elektriciteitsnet vormen die gelijk is aan die van een elektriciteitscentrale. Een standaard kolencentrale heeft een maximaal vermogen van ongeveer 600 megawatt. We gebruiken hier het voorbeeld van een kolencentrale omdat deze beter kan inspelen op pieken in de vraag dan hernieuwbare energiebronnen (tenzij ze beschikken over een snelontladende energieopslag).
- Bovendien moet de kabel van het laadpunt naar de auto erg dik zijn om zo’n grote hoeveelheid elektronen zo snel te kunnen transporteren.
Het gereedmaken van onze infrastructuur voor snelladende auto’s is een enorme uitdaging. Toch is het niet onmogelijk – de technologie ligt binnen handbereik.
