Grafeenipohjaisia akkuja käytetään laajalti erilaisiin kaupallisiin tarkoituksiin. Grafeenipohjaisten paristojen kehittämisen suorituskyvyn parantaminen ja elinkaarietu verrattuna tavanomaisiin litium-ioni-akkuihin kannattaa.
Tesla Motors Ilona Mask on tunnettu esimerkki innovatiivisista yrityksistä, jotka osallistuvat aktiivisesti grafeeniparistojen tutkimukseen ja kaupallistamiseen.
Sodrezhanie
Mikä on grafeeniparisto?
Grafeeni tunnetaan laajalti "ihmeellisenä materiaalina" monien sen uskomattomien ominaisuuksien takia. Se on voimakas sähkö- ja lämpöenergian johdin, erittäin kevyt ja joustava, jolla on suuri pinta-ala. Sitä pidetään myös ympäristöystävällisenä ja kestävänä, ja sillä on rajattomat mahdollisuudet lukuisiin sovelluksiin.
Mielenkiintoista tietää! Grafeeniparistot voivat vähentää paristojen ympäristövaikutuksia.
Grafeeni on universaali molekyyli, jolla on monia ainutlaatuisia ja toivottavia ominaisuuksia, ja sitä voidaan käyttää eri tavoin, koska sen käyttöön ei ole universaalia ratkaisua.
Sitä käytetään parantamaan monia tavanomaisissa materiaaleissa jo havaittuja etuja, mutta se auttaa myös voittamaan aiemmat akkurajoitukset, mikä lisää akun käyttöikää tai akun suorituskykyä.
Kuinka tuotanto
Grafeeniin ja metalleihin perustuvien epäorgaanisten yhdisteiden muuntaminen käyttökelpoisiksi voidaan suorittaa monin tavoin. Uuden tekniikan kehittyessä menetelmiä keksitään ja käytetään myöhemmin.
Missä tahansa menetelmässä on aina olemassa useita tapoja syntetisoida itse materiaali. Kummankin kuvaaminen on epäkäytännöllistä, joten tässä tarkastellaan yhtä erityistä menetelmää.
Puhdasta grafeenipohjaista elektrodia saadaan dispergoimalla grafeenioksidijauhe (100 mg) tislattuun veteen (30 ml) ja sonikoimalla 30 minuutin ajan. Saatu suspensio kuumennetaan kuumalla levyllä lämpötilaan 100 ° C ja sitten lisätään 3 ml hydratsiinihydraattia.
Suspensiota pidetään 98 ° C: ssa 24 tuntia grafeenioksidin pelkistämiseksi. Pelkistetty grafeenioksidi voidaan kerätä suodattamalla, jolloin saadaan musta jauhe. Sitten suodatettu jauhe pestään useita kertoja tislatulla vedellä hydratsiinin ylimäärän vähentämiseksi.
Grafeenijauhe dispergoitiin uudelleen veteen käyttämällä ultraääntä, ja saatua liuosta sentrifugoitiin sitten nopeudella 4000 rpm 3 minuutin ajan suurempien hiukkasten poistamiseksi. Grafeeni kerätään tyhjösuodatuksella ja kuivataan tyhjössä. Teollisuusmittakaavassa sitä tuottavat Ison-Britannian, Venäjän, Espanjan, Yhdysvaltojen ja Etelä-Korean yritykset.
Toimintaperiaate ja laite
Grafeeniparistojen toimintaperiaate ja järjestely ovat samanlaiset kuin perinteisissä akkuissa, joissa ionien siirron helpottamiseksi käytetään kahta elektrodia ja elektrolyyttiliuosta. Grafeenipohjaisten ja solid-state-paristojen pääasiallinen ero on yhden tai molempien elektrodien koostumus.
Muutos on pääosin katodissa, mutta myös anodissa on mahdollista käyttää hiilialotrooppeja. Tavanomaisen akun katodi koostuu yksinomaan kiinteistä materiaaleista, mutta yhdistelmähybridimateriaalia käytetään katodina grafeeniparistossa.
Tekniset tiedot ja ominaisuudet
Akkukentässä tavanomaiset materiaalit paranevat merkittävästi grafeenilla. Magnesiumgrafeeniparisto voi olla kevyt, kestävä ja sopiva suuren kapasiteetin energian varastointiin sekä vähentämään latausaikaa. Se lisää johtokykyä ilman, että vaaditaan tavanomaisissa akkuissa käytetyn hiilen määrää.
Grafeeni voi parantaa akun ominaisuuksia, kuten energian tiheyttä ja muotoa, monin tavoin. Litium-ioni-akkuja (ja muun tyyppisiä ladattavia akkuja) voidaan parantaa lisäämällä grafeeni akun anodiin ja käyttämällä materiaalinjohtavuutta morfologisen optimoinnin ja suorituskyvyn saavuttamiseksi.
Tärkeää! Grafeenipohjaisten paristojen johtavuus on huomattavasti parempi kuin muissa puolijohdemateriaaleissa.
On myös havaittu, että hybridi-materiaalien luominen voi olla hyödyllinen paristojen laadun parantamiseksi. Litium-ionikatodeissa voidaan käyttää esimerkiksi vanadiinioksidin VO2 ja grafeenin katalyysihybridiä, mikä tarjoaa nopean lataamisen ja purkamisen, samoin kuin latausjakson suuremman kestävyyden.
Tässä tapauksessa VO 2: lla on korkea energiaintensiteetti, mutta heikko sähkönjohtavuus, joka voidaan ratkaista käyttämällä grafeenia eräänlaisena rakenteellisena "pohjana", johon VO 2 voidaan kiinnittää - luomalla hybridi materiaali, jolla on sekä suuri kapasiteetti että erinomainen johtavuus.
Edut ja haitat
Tärkeimpien etujen luettelossa olisi oltava:
- Ekologinen puhtaus.
- Suuri ominaiskapasiteetti.
- Korkea johtavuus.
- Pikalataus.
- Tekninen kestävyys.
Akun ainoa haittapuoli on, että tuotteella on huomattava koko. Tämän perusteella niiden istuttaminen pienoisohjelmiin (esimerkiksi puhelimiin) ei ole nykyään mahdollista.
Missä grafeeniparistoja käytetään?
Grafeenipohjaisilla akkuilla on jännittävä potentiaali, ja vaikka niitä ei ole vielä saatavilla, tutkimus ja kehitys on intensiivistä. Niitä käyttävät monet tunnetut yritykset.
Tesla ehdotti elokuussa 2014 uuden akkutekniikan kehittämistä, jolla on melkein kaksi kertaa enemmän virtaa sähköautomallille.
Puhelinten osalta Huawei esitteli marraskuussa 2016 uuden grafeenilla päällystetyn litium-ioni-akun, joka voi toimia korkeammassa lämpötilassa (60 astetta nykyiseen 50 asteen rajaan verrattuna) ja tarjoaa pidemmän akun käyttöiän.
Intialainen Log 9 Materials -yritys ilmoitti joulukuussa 2018 työskentelevänsä uuden hankkeen parissa, joka voi teoreettisesti johtaa vesillä kulkevien sähköajoneuvojen ilmaantumiseen.
Teknologian näkymät
Suosittujen yritysten tutkijoiden mukaan uusimmat akut ovat paljon tehokkaampia kuin perinteiset tuotteet. Lisäksi ne täyttävät energiaa paljon nopeammin (minuuteissa).
Tämä tekniikka johtaa vallankumoukseen sähköautojen kehittämisessä, älypuhelimien sekä kannettavien tietokoneiden ja tablettien tuotannossa.
Onko sinulla kysyttävää tai jotain lisättävää? Kirjoita sitten meille siitä kommenteissa. Tämä tekee materiaalista hyödyllisemmän, täydellisemmän ja tarkemman.
