Графенови батерии

Батериите на основата на графен се използват широко за различни търговски цели. Подобрението на производителността и предимството на жизнения цикъл на разработването на графенови батерии пред конвенционалните литиево-йонни батерии се отплащат.

Tesla Motors Илона Маск е добре известен пример за иновативни компании, активно участващи в изследването и комерсиализацията на графенови батерии.

Какво е графенова батерия

Графенът е широко известен като "чудотворен материал" поради многото си невероятни свойства, които съдържа. Той е мощен проводник на електрическа и топлинна енергия, изключително лек и гъвкав с голяма площ. Освен това се счита за екологично чист и устойчив, с неограничени възможности за множество приложения.

Интересно да се знае! Графеновите батерии могат да намалят въздействието на околната среда на батериите.

Графенът е универсална молекула с много уникални и желани свойства и може да се използва по различни начини, тъй като няма универсално решение за нейната употреба.

Използва се за подобряване на много от предимствата, които вече са открити в конвенционалните материали, но също така помага да се преодолеят предишните ограничения на батерията, което води до увеличен живот на батерията или производителност на батерията.

Как е производството

Преобразуването на неорганични съединения на базата на графен и метали, подходящи за употреба, може да се извърши по много начини. С развитието на новите технологии методите често се измислят и впоследствие се използват.

Във всеки метод винаги има няколко начина за синтезиране на самия материал. Би било непрактично да се описва всеки от тях, следователно тук ще бъде разгледан един конкретен метод.

Чист електрод на основата на графен се получава чрез диспергиране на прах от графенов оксид (100 mg) в дестилирана вода (30 ml) и озвучаване в продължение на 30 минути. Получената суспензия се загрява на котлона до температура 100 ° С и след това се прибавят 3 мл хидразин хидрат.

Суспензията се поддържа при 98 ° С в продължение на 24 часа, за да се намали графеновият оксид. Намаленият графенов оксид може да се събира чрез филтрация, оставяйки черен прах. След това филтрираният прах се промива няколко пъти с дестилирана вода за намаляване на излишния хидразин.

Графеновият прах се преразпръсква във вода с помощта на ултразвук и полученият разтвор след това се центрофугира при 4000 об. / Мин за 3 минути, за да се отстранят по-едри частици. Графенът се събира чрез вакуумна филтрация и се суши във вакуум. В индустриален мащаб го произвеждат компании от Великобритания, Русия, Испания, САЩ и Южна Корея.

Принципът на работа и устройството

Принципът на работа и подредбата на графеновите батерии са подобни на традиционните батерии, където два електрода и разтвор на електролит се използват за улесняване на прехвърлянето на йони. Основната разлика между батерии на основата на графен и твърди батерии е съставът на един или и двата електрода.

Промяната главно се крие в катода, но е възможно и използването на въглеродни алотропи в анода. Катодът в конвенционална батерия се състои единствено от твърди материали, но като катод в графеновата батерия се използва композитен хибриден материал.

Спецификации и функции

В областта на батерията конвенционалните материали са значително подобрени с графен. Магнезиевата графенова батерия може да бъде лека, издръжлива и подходяща за съхраняване на енергия с голям капацитет, както и за намаляване на времето за зареждане. Той добавя проводимост, без да изисква количеството въглерод, което се използва в конвенционалните батерии.

Графенът може да подобри свойствата на батерията, като плътност на енергията и форма по различни начини. Литиево-йонните батерии (и други видове акумулаторни батерии) могат да бъдат подобрени чрез въвеждане на графен в анода на батерията и използване на материалната проводимост за постигане на морфологична оптимизация и производителност.

Важно! Проводимостта на батерии на основата на графен е значително по-висока в сравнение с други полупроводникови материали.

Открито е също, че създаването на хибридни материали може да бъде полезно за подобряване на качеството на батерията. Например, хибрид на катализа на ванадиев оксид VO 2 и графен може да се използва на литиево-йонни катоди, което осигурява бързо зареждане и разреждане, както и по-голяма трайност на цикъла на зареждане.

В този случай VO 2 има висока енергийна интензивност, но слаба електрическа проводимост, което може да се реши с помощта на графен като вид структурна „основа”, върху която VO 2 може да бъде прикрепен - създавайки хибриден материал с висок капацитет и отлична проводимост.

Предимства и недостатъци

Списъкът на основните предимства трябва да включва:

• Екологична чистота.
• Голям специфичен капацитет.
• Висока проводимост.
• Бързо зареждане.
• Техническа издръжливост.

Единственият недостатък на батерията е, че продуктът има значителен размер. По силата на това имплантирането им в миниатюрни джаджи (например телефони) днес не е възможно.

Къде се използват графенови батерии?

Батериите на основата на графен имат вълнуващ потенциал и въпреки че те все още не са напълно достъпни, изследванията и разработките са интензивни. Те се използват от много известни компании.

През август 2014 г. Tesla предложи разработването на нова технология за акумулатори, която ще има почти два пъти повече мощност за своя модел електрически автомобили.

Що се отнася до телефоните, през ноември 2016 г. Huawei представи нова литиево-йонна батерия с графеново покритие, която може да остане работеща при по-висока температура (60 ° градуса спрямо съществуващата граница от 50 °) и предлага по-дълъг живот на батерията.

През декември 2018 г. индийската компания Log 9 Materials обяви, че работи по нов проект, който теоретично може да доведе до появата на електрически превозни средства, работещи по вода.

Технологични перспективи

Според изследователи от популярни компании, най-новите батерии са много по-ефективни от традиционните продукти. В допълнение, те попълват енергия много по-бързо (за минути).

Тази технология ще доведе до революция в развитието на електрическите автомобили, производството на смартфони, както и на преносими компютри и таблети.

Имате въпроси или имате какво да добавите? След това ни пишете за това в коментарите, това ще направи материала по-полезен, пълен и точен.