Baterie na bázi grafenu se široce používají pro různé komerční účely. Zlepšení výkonu a výhod životního cyklu vývoje grafenových baterií oproti konvenčním lithium-iontovým bateriím se vyplatí.
Tesla Motors Ilona Mask je známým příkladem inovativních společností aktivně zapojených do výzkumu a komercializace grafenových baterií.
Obsah
Co je to grafenová baterie
Graphene je široce známý jako „zázračný materiál“ kvůli mnoha jeho úžasným vlastnostem, které obsahuje. Je to silný vodič elektrické a tepelné energie, extrémně lehký a flexibilní s velkou povrchovou plochou. To je také považováno za šetrné k životnímu prostředí a udržitelné, s neomezenými možnostmi pro četné aplikace.
Zajímavé vědět! Grafenové baterie mohou snížit dopad baterií na životní prostředí.
Graphene je univerzální molekula s mnoha jedinečnými a žádoucími vlastnostmi a může být použita různými způsoby, protože pro její použití neexistuje univerzální řešení.
Používá se ke zlepšení mnoha výhod, které již existují u konvenčních materiálů, ale také pomáhá překonat předchozí omezení baterií, což vede ke zvýšení životnosti nebo výkonu baterie.
Jaká je produkce
Konverze anorganických sloučenin na bázi grafenu a kovů vhodných pro použití může být provedena mnoha způsoby. Jak se vyvíjí nová technologie, metody jsou často vynalezeny a následně použity.
V každé metodě existuje vždy několik způsobů, jak syntetizovat samotný materiál. Bylo by nepraktické popsat každou z nich, proto zde bude uvažována jedna konkrétní metoda.
Čistá elektroda na bázi grafenu se získá dispergováním prášku oxidu grafenu (100 mg) v destilované vodě (30 ml) a sonikací po dobu 30 minut. Výsledná suspenze se zahřívá na horké desce na teplotu 100 ° C a poté se přidají 3 ml hydrazinhydrátu.
Suspenze se udržuje při 98 ° C po dobu 24 hodin, aby se redukoval oxid grafenu. Snížený oxid grafenu se může shromáždit filtrací, čímž se získá černý prášek. Filtrovaný prášek se pak několikrát promyje destilovanou vodou, aby se snížil přebytek hydrazinu.
Grafenový prášek byl redispergován ve vodě pomocí ultrazvuku a výsledný roztok byl poté odstřeďován při 4000 ot / min po dobu 3 minut, aby se odstranily větší částice. Grafen se izoluje vakuovou filtrací a suší se ve vakuu. V průmyslovém měřítku to vyrábějí společnosti z Velké Británie, Ruska, Španělska, USA a Jižní Koreje.
Princip činnosti a zařízení
Princip činnosti a uspořádání grafenových baterií jsou podobné jako u tradičních baterií, kde se k usnadnění přenosu iontů používají dvě elektrody a roztok elektrolytu. Hlavní rozdíl mezi bateriemi na bázi grafenu a pevnými bateriemi je složení jedné nebo obou elektrod.
Tato změna spočívá hlavně v katodě, ale v anodě je také možné použít uhlíkové allotropy. Katoda v běžné baterii sestává výhradně z pevných materiálů, ale jako katoda v grafenové baterii se používá složený hybridní materiál.
Specifikace a funkce
V oblasti baterií se konvenční materiály s grafenem výrazně zlepšují. Baterie hořečnatého grafenu může být lehká, trvanlivá a vhodná pro skladování vysokokapacitní energie i pro zkrácení doby nabíjení. Dodává vodivost bez potřeby množství uhlíku, které se používá v konvenčních bateriích.
Graphene může vylepšit vlastnosti baterie, jako je hustota energie a tvar, různými způsoby. Lithium-iontové baterie (a další typy dobíjecích baterií) lze zlepšit zavedením grafenu do anody baterie a použitím vodivosti materiálu k dosažení morfologické optimalizace a výkonu.
Důležité! Vodivost baterií na bázi grafenu je výrazně vyšší ve srovnání s jinými polovodičovými materiály.
Bylo také zjištěno, že vytváření hybridních materiálů může být užitečné pro zlepšení kvality baterie. Například hybridizace katalýzy oxidu vanadičného V02 a grafenu může být použita na lithium-iontových katodách, což poskytuje rychlé nabíjení a vybíjení, jakož i větší trvanlivost nabíjecího cyklu.
V tomto případě má VO 2 vysokou energetickou náročnost, ale špatnou elektrickou vodivost, kterou lze vyřešit pomocí grafenu jako jakési strukturální „základny“, na kterou lze připojit VO 2 - vytváří hybridní materiál s vysokou kapacitou a vynikající vodivostí.
Výhody a nevýhody
Seznam hlavních výhod by měl obsahovat:
- Ekologická čistota.
- Velká měrná kapacita.
- Vysoká vodivost.
- Rychlé nabíjení.
- Technická odolnost.
Jedinou nevýhodou baterie je, že produkt má značnou velikost. Díky tomu je jejich dnešní implantace do miniaturních přístrojů (například telefonů) nemožná.
Kde se používají grafenové baterie?
Baterie založené na grafenu mají vzrušující potenciál, a ačkoli ještě nejsou plně k dispozici, je výzkum a vývoj intenzivní. Používá je mnoho známých společností.
V srpnu 2014 společnost Tesla navrhla vývoj nové technologie baterií, která bude mít téměř dvakrát tolik energie pro svůj model elektrického automobilu.
Pokud jde o telefony, v listopadu 2016 společnost Huawei představila novou lithium-iontovou baterii s grafenovým povlakem, která může zůstat funkční při vyšší teplotě (60 ° ve srovnání se stávajícím limitem 50 °) a nabízí delší životnost baterie.
V prosinci 2018 indická společnost Log 9 Materials oznámila, že pracuje na novém projektu, který by teoreticky mohl vést ke vzniku elektrických vozidel na vodě.
Technologický výhled
Podle vědců v populárních společnostech jsou nejnovější baterie mnohem účinnější než tradiční výrobky. Navíc doplňují energii mnohem rychleji (v minutách).
Tato technologie povede k revoluci ve vývoji elektrických automobilů, ve výrobě chytrých telefonů, stejně jako v přenosných počítačích a tabletech.
Máte dotazy nebo máte co dodat? Pak nám o tom napište v komentářích, díky čemuž bude materiál užitečnější, úplnější a přesnější.
