افزایش سرعت شارژ، حفظ ظرفیت در طول زمان و کاهش اتلاف انرژی از مهم‌ترین چالش‌های توسعه باتری‌های نسل آینده به شمار می‌روند. اکنون شرکت گرافن منیوفکچرینگ گروپ (GMG) نتایج تازه‌ای از توسعه باتری‌های گرافن-آلومینیومی خود منتشر کرده است که بر اساس آن، یکی از سلول‌های آزمایشی این شرکت توانسته در شرایط شارژ و دشارژ سریع، هزار چرخه را بدون افت عملکرد گزارش‌شده پشت سر بگذارد. این فناوری با همکاری شرکت ریو تینتو (Rio Tinto) و در چارچوب توافق‌نامه توسعه مشترک در حال پیشرفت است.
سلول‌های مورد بررسی ظرفیتی معادل ۱٫۵ آمپرساعت دارند و ساخت و آزمون آن‌ها را مرکز نوآوری باتری ایندیانا (Battery Innovation Center یا BIC) در ایالات متحده انجام داده است. مواد موردنیاز این سلول‌ها نیز در مرکز توسعه شرکت GMG در بریزبن استرالیا تولید شده‌اند. بنابراین، نتایج اعلام‌شده بر آزمایش سلول‌هایی مشخص در شرایط تعریف‌شده استوار است و هنوز نباید آن‌ها را معادل عملکرد قطعی باتری‌های تجاری در خودروها یا سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی دانست.
بر اساس گزارش شرکت، یکی از سلول‌ها در نرخ ۷C آزمایش شد و تا تاریخ ۷ اکتبر، پس از هزار چرخه شارژ و دشارژ، هیچ افت عملکردی برای آن گزارش نشد. در اصطلاح باتری، نرخ C سرعت شارژ یا دشارژ را نسبت به ظرفیت اسمی سلول بیان می‌کند. نرخ ۱C به‌طور نظری به شارژ یا تخلیه کامل ظرفیت در حدود یک ساعت اشاره دارد؛ در نتیجه، نرخ‌های بالاتر به معنای انجام سریع‌تر این فرایند هستند، هرچند زمان واقعی به شرایط آزمون و نحوه کنترل شارژ بستگی دارد.
آزمون دیگری در نرخ ۱۰C انجام شد؛ نرخی که در شرایط گزارش‌شده، شارژ و دشارژ را در بازه‌ای حدود شش دقیقه امکان‌پذیر می‌کرد. در این آزمون، سلول دوم پس از ۳۹۳ چرخه حدود ۱۰ درصد از ظرفیت خود را از دست داد. این نتیجه نشان می‌دهد که عملکرد باتری به نرخ شارژ و دشارژ وابسته است و پایداری مشاهده‌شده در نرخ ۷C را نمی‌توان بدون آزمایش بیشتر به نرخ ۱۰C یا شرایط عملیاتی دیگر تعمیم داد.
برای مقایسه، شرکت GMG داده‌های یک سلول متداول لیتیوم‌تیتانات (LTO) را نیز گزارش کرده است. این سلول در نرخ ۱۰C، پس از ۸۲ چرخه به حدود ۸۰ درصد ظرفیت اولیه خود رسید. در مقابل، سلول گرافن-آلومینیومی مورد آزمایش پس از ۳۹۳ چرخه حدود ۹۰ درصد ظرفیت اولیه را حفظ کرده بود. این ارقام به نفع سلول گرافن-آلومینیومی در آزمون اعلام‌شده هستند، اما برای نتیجه‌گیری قطعی درباره برتری کلی دو فناوری، لازم است جزئیات کامل شرایط آزمایش، طراحی سلول‌ها و پروتکل‌های مقایسه نیز در نظر گرفته شوند.
یکی دیگر از نتایج گزارش‌شده، افزایش چگالی انرژی سلول در نرخ ۱۰C است. این شاخص در داده‌های جدید به ۵۸ وات‌ساعت بر کیلوگرم رسیده که در مقایسه با مقدار قبلی، معادل افزایش ۴۸ درصدی است. چگالی انرژی نشان می‌دهد به ازای هر واحد جرم باتری چه مقدار انرژی ذخیره می‌شود و از عوامل مهم در تعیین وزن و ابعاد باتری برای کاربردهایی مانند خودروهای برقی و تجهیزات قابل‌حمل به شمار می‌رود. با وجود این رشد، ارزیابی میزان رقابت‌پذیری فناوری به مقایسه با گزینه‌های تجاری در شرایط یکسان نیاز دارد.
GMG همچنین بازده انرژی ۹۴ درصدی را برای سلول‌های خود در نرخ‌های بالای شارژ و دشارژ گزارش کرده است؛ درحالی‌که این مقدار برای سلول مرجع LTO حدود ۶۴ درصد بوده است. بازده انرژی، نسبت انرژی قابل‌بازیابی به انرژی واردشده در چرخه را نشان می‌دهد. هرچه این نسبت بالاتر باشد، سهم کمتری از انرژی در فرایند شارژ و دشارژ از دست می‌رود. کاهش اتلاف انرژی می‌تواند به محدودکردن تولید گرما و بهبود عملکرد سامانه کمک کند، هرچند مدیریت حرارتی، ایمنی و عملکرد در چرخه‌های طولانی نیز باید جداگانه ارزیابی شوند.
باب گالین (Bob Galyen)، عضو هیئت‌مدیره GMG و مدیر ارشد فناوری پیشین شرکت CATL، پایداری چرخه‌ای مشاهده‌شده را قابل‌توجه توصیف کرده است. کریگ نیکول (Craig Nicol)، مدیرعامل و مدیرعامل اجرایی GMG، نیز اعلام کرده که از زمان گزارش قبلی، عمر چرخه‌ای اعلام‌شده برای آزمون ۷C به هزار چرخه رسیده و چگالی انرژی در نرخ ۱۰C به میزان ۴۸ درصد افزایش یافته است. جک پرکوفسکی (Jack Perkowski)، رئیس هیئت‌مدیره این شرکت، نیز بر نقش سرمایه‌گذاری مستمر، مهندسی و همکاری با مراکز تخصصی در پیشبرد این فناوری تأکید کرده است.
گام بعدی شرکت، افزایش بیشتر چگالی انرژی، بهبود عمر چرخه‌ای در نرخ ۱۰C و انتقال فناوری به سلول‌هایی با ابعاد و ظرفیت بزرگ‌تر است. این مراحل برای سنجش امکان استفاده از باتری در کاربردهای واقعی اهمیت دارند؛ زیرا عملکرد یک سلول آزمایشی کوچک الزاماً در ماژول‌ها و بسته‌های باتری بزرگ نیز تکرار نمی‌شود. همچنین، هزینه تولید، قابلیت تولید انبوه، ایمنی، پایداری در دماهای مختلف و عملکرد بلندمدت باید پیش از تجاری‌سازی در مقیاس وسیع بررسی شوند.
نتایج جدید GMG نشانه‌ای امیدوارکننده از پیشرفت باتری‌های گرافن-آلومینیومی در زمینه شارژ سریع و بازده انرژی است. بااین‌حال، فناوری هنوز در مرحله توسعه قرار دارد و خود شرکت نیز بر ادامه بهینه‌سازی و افزایش مقیاس تولید تأکید می‌کند. اگر عملکرد گزارش‌شده در آزمایش‌های مستقل و سلول‌های بزرگ‌تر تأیید شود، این فناوری می‌تواند در آینده به یکی از گزینه‌های قابل‌بررسی برای کاربردهایی تبدیل شود که شارژ سریع و عمر چرخه‌ای مناسب در آن‌ها اهمیت زیادی دارد.