Batterien auf Graphenbasis werden häufig für verschiedene kommerzielle Zwecke verwendet. Die Leistungssteigerung und der Lebenszyklusvorteil der Entwicklung von Graphenbatterien gegenüber herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien zahlen sich aus.
Tesla Motors Ilona Mask ist ein bekanntes Beispiel für innovative Unternehmen, die sich aktiv mit der Erforschung und Vermarktung von Graphenbatterien befassen.
Inhalt
Was ist eine Graphenbatterie?
Graphen ist weithin als "wundersames Material" bekannt, da es viele seiner erstaunlichen Eigenschaften enthält. Es ist ein starker Leiter für elektrische und thermische Energie, extrem leicht und flexibel mit einer großen Oberfläche. Es gilt auch als umweltfreundlich und nachhaltig mit unbegrenzten Möglichkeiten für zahlreiche Anwendungen.
Interessant zu wissen! Graphenbatterien können die Umweltbelastung durch Batterien verringern.
Graphen ist ein universelles Molekül mit vielen einzigartigen und wünschenswerten Eigenschaften, und es kann auf verschiedene Arten verwendet werden, da es für seine Verwendung keine universelle Lösung gibt.
Es wird verwendet, um viele der Vorteile zu verbessern, die bereits in herkömmlichen Materialien zu finden sind, es hilft jedoch auch, frühere Batteriebeschränkungen zu überwinden, was zu einer längeren Batterielebensdauer oder Batterieleistung führt.
Wie ist die Produktion
Die Umwandlung von anorganischen Verbindungen auf der Basis von Graphen und Metallen, die zur Verwendung geeignet sind, kann auf viele Arten durchgeführt werden. Im Zuge der Entwicklung neuer Technologien werden häufig Methoden erfunden und anschließend angewendet.
Bei jeder Methode gibt es immer mehrere Möglichkeiten, das Material selbst zu synthetisieren. Es wäre unpraktisch, sie alle zu beschreiben, daher wird hier eine bestimmte Methode in Betracht gezogen.
Eine reine Elektrode auf Graphenbasis wird erhalten, indem ein Graphenoxidpulver (100 mg) in destilliertem Wasser (30 ml) dispergiert und 30 Minuten lang mit Ultraschall behandelt wird. Die resultierende Suspension wird auf einer Heizplatte auf eine Temperatur von 100 ° C erhitzt und dann werden 3 ml Hydrazinhydrat zugegeben.
Die Suspension wird 24 Stunden bei 98ºC gehalten, um Graphenoxid zu reduzieren. Reduziertes Graphenoxid kann durch Filtration gesammelt werden, wobei ein schwarzes Pulver zurückbleibt. Das filtrierte Pulver wird dann mehrmals mit destilliertem Wasser gewaschen, um überschüssiges Hydrazin zu reduzieren.
Das Graphenpulver wurde unter Verwendung von Ultraschall in Wasser redispergiert, und die resultierende Lösung wurde dann 3 Minuten bei 4000 U / min zentrifugiert, um größere Teilchen zu entfernen. Graphen wird durch Vakuumfiltration gesammelt und im Vakuum getrocknet. Industriell wird es von Unternehmen aus Großbritannien, Russland, Spanien, den USA und Südkorea hergestellt.
Das Funktionsprinzip und Gerät
Das Funktionsprinzip und die Anordnung der Graphenbatterien ähneln denen herkömmlicher Batterien, bei denen zwei Elektroden und eine Elektrolytlösung zur Erleichterung des Ionentransfers verwendet werden. Der Hauptunterschied zwischen Batterien auf Graphenbasis und Festkörperbatterien besteht in der Zusammensetzung einer oder beider Elektroden.
Die Veränderung liegt hauptsächlich in der Kathode, es können aber auch Kohlenstoff-Allotrope in der Anode eingesetzt werden. Die Kathode in einer herkömmlichen Batterie besteht ausschließlich aus festen Materialien, aber ein Hybrid-Verbundmaterial wird als Kathode in der Graphenbatterie verwendet.
Technische Daten und Merkmale
Im Batteriebereich werden herkömmliche Materialien mit Graphen deutlich verbessert. Magnesium-Graphen-Akkus können leicht, langlebig und zur Speicherung von Energie mit hoher Kapazität sowie zur Verkürzung der Ladezeit geeignet sein. Es erhöht die Leitfähigkeit, ohne die Menge an Kohlenstoff zu benötigen, die in herkömmlichen Batterien verwendet wird.
Graphen kann die Batterieeigenschaften wie Energiedichte und Form auf verschiedene Weise verbessern. Lithium-Ionen-Batterien (und andere Arten von wiederaufladbaren Batterien) können durch Einbringen von Graphen in die Anode der Batterie und Verwendung der Materialleitfähigkeit verbessert werden, um eine morphologische Optimierung und Leistung zu erzielen.
Wichtig! Die Leitfähigkeit von Batterien auf Graphenbasis ist im Vergleich zu anderen Halbleitermaterialien signifikant höher.
Es wurde auch entdeckt, dass die Erzeugung von Hybridmaterialien zur Verbesserung der Batteriequalität nützlich sein kann. Beispielsweise kann ein Hybrid aus einer Katalyse von Vanadiumoxid VO 2 und Graphen an Lithium-Ionen-Kathoden verwendet werden, was ein schnelles Laden und Entladen sowie eine längere Lebensdauer des Ladezyklus ermöglicht.
In diesem Fall weist VO 2 eine hohe Energieintensität, aber eine schlechte elektrische Leitfähigkeit auf, die mit Graphen als einer Art struktureller "Basis" gelöst werden kann, auf der VO 2 angebracht werden kann, wodurch ein Hybridmaterial mit hoher Kapazität und ausgezeichneter Leitfähigkeit entsteht.
Vor- und Nachteile
Die Liste der Hauptvorteile sollte umfassen:
- Ökologische Sauberkeit.
- Große spezifische Kapazität.
- Hohe Leitfähigkeit.
- Schnellladung.
- Technische Haltbarkeit.
Der einzige Nachteil der Batterie ist, dass das Produkt eine beträchtliche Größe hat. Aufgrund dessen ist es heute nicht möglich, sie in Miniatur-Gadgets (z. B. Telefone) zu implantieren.
Wo werden Graphenbatterien eingesetzt?
Batterien auf Graphenbasis haben ein aufregendes Potenzial, und obwohl sie noch nicht vollständig verfügbar sind, sind Forschung und Entwicklung intensiv. Sie werden von vielen namhaften Unternehmen eingesetzt.
Im August 2014 schlug Tesla die Entwicklung einer neuen Batterietechnologie vor, die für ihr Elektroautomodell fast die doppelte Leistung liefert.
Im November 2016 stellte Huawei einen neuen graphenbeschichteten Lithium-Ionen-Akku vor, der bei höheren Temperaturen (60 ° C im Vergleich zu den bisherigen 50 ° C) betriebsbereit bleibt und eine längere Akkulaufzeit bietet.
Im Dezember 2018 gab das indische Unternehmen Log 9 Materials bekannt, an einem neuen Projekt zu arbeiten, das theoretisch zur Entstehung von Elektrofahrzeugen auf dem Wasser führen könnte.
Technologischer Ausblick
Laut Forschern bekannter Unternehmen sind die neuesten Batterien viel effizienter als herkömmliche Produkte. Außerdem tanken sie viel schneller Energie (in Minuten).
Diese Technologie wird zu einer Revolution in der Entwicklung von Elektroautos, der Herstellung von Smartphones sowie von Laptops und Tablets führen.
Haben Sie Fragen oder möchten Sie etwas hinzufügen? Schreiben Sie uns dann in den Kommentaren darüber, damit das Material nützlicher, vollständiger und genauer wird.
