Grafēna baterijas

Grafēna bāzes baterijas tiek plaši izmantotas dažādiem komerciāliem mērķiem. Grafēna bāzes bateriju, salīdzinot ar parastajām litija jonu baterijām, veiktspējas uzlabošana un dzīves cikla priekšrocība atmaksājas.

Tesla Motors Ilona Mask ir plaši pazīstams inovatīvu uzņēmumu piemērs, kas aktīvi iesaistās grafēna bateriju izpētē un tirdzniecībā.

Kas ir grafēna akumulators?

Grafēns ir plaši pazīstams kā "brīnumains materiāls", pateicoties daudzajām tā pārsteidzošajām īpašībām. Tas ir spēcīgs elektriskās un siltumenerģijas vadītājs, īpaši viegls un elastīgs ar lielu virsmas laukumu. Tas tiek uzskatīts arī par videi draudzīgu un ilgtspējīgu, ar neierobežotām iespējām daudziem lietojumiem.

Interesanti zināt! Grafēna baterijas var samazināt bateriju ietekmi uz vidi.

Grafēns ir universāla molekula ar daudzām unikālām un vēlamām īpašībām, un to var izmantot dažādos veidos, jo tā lietošanai nav universāla risinājuma.

Tas tiek izmantots, lai uzlabotu daudzas priekšrocības, kas jau ir atrodamas parastajos materiālos, bet arī palīdz pārvarēt iepriekšējos akumulatora ierobežojumus, kas palielina akumulatora darbības laiku vai akumulatora veiktspēju.

Kā notiek iestudējums

Neorganisko savienojumu pārveidi, kuru pamatā ir grafēns un metāli, kuri ir piemēroti lietošanai, var veikt dažādos veidos. Attīstoties jaunai tehnoloģijai, metodes bieži tiek izgudrotas un pēc tam izmantotas.

Jebkurā metodē vienmēr ir vairāki veidi, kā sintezēt pašu materiālu. Būtu nepraktiski aprakstīt katru no tiem, tāpēc šeit tiks apskatīta viena īpaša metode.

Tīru uz grafēna bāzes izgatavotu elektrodu iegūst, izkliedējot grafēna oksīda pulveri (100 mg) destilētā ūdenī (30 ml) un ar ultraskaņu 30 minūtes. Iegūto suspensiju karsē uz sildvirsmas līdz 100 ° C un pēc tam pievieno 3 ml hidrazīna hidrāta.

Suspensiju 24 stundas uztur 98 ° C temperatūrā, lai samazinātu grafēna oksīdu. Samazinātu grafēna oksīdu var savākt filtrējot, atstājot melnu pulveri. Pēc tam filtrēto pulveri vairākas reizes mazgā ar destilētu ūdeni, lai samazinātu hidrazīna pārpalikumu.

Grafēna pulveris tika atkārtoti disperģēts ūdenī, izmantojot ultraskaņu, un iegūto šķīdumu pēc tam 3 minūtes centrifugēja ar ātrumu 4000 apgr./min, lai noņemtu lielākas daļiņas. Grafēnu savāc, filtrējot vakuumā, un žāvē vakuumā. Rūpnieciskā mērogā to ražo uzņēmumi no Lielbritānijas, Krievijas, Spānijas, ASV un Dienvidkorejas.

Darbības princips un ierīce

Grafēna bateriju darbības princips un izvietojums ir līdzīgs tradicionālajām baterijām, kur, lai atvieglotu jonu pārnešanu, tiek izmantoti divi elektrodi un elektrolīta šķīdums. Galvenā atšķirība starp baterijām, kuru pamatā ir grafēns, un cietvielu baterijas ir viena vai abu elektrodu sastāvs.

Izmaiņas galvenokārt slēpjas katodā, bet anodā ir iespējams izmantot arī oglekļa alotropus. Parastā akumulatora katods sastāv tikai no cietiem materiāliem, bet kā katodu grafēna akumulatorā izmanto kompozītmateriāla hibrīda materiālu.

Specifikācijas un funkcijas

Bateriju jomā parastie materiāli ir ievērojami uzlaboti ar grafēnu. Magnija grafēna akumulators var būt viegls, izturīgs un piemērots lielas ietilpības enerģijas uzkrāšanai, kā arī saīsināšanai. Tas palielina vadītspēju, neprasot oglekļa daudzumu, kas tiek izmantots parastajās baterijās.

Grafēns var uzlabot akumulatora īpašības, piemēram, enerģijas blīvumu un formu, dažādos veidos. Litija jonu baterijas (un cita veida uzlādējamās baterijas) var uzlabot, ievietojot grafēnu akumulatora anodā un izmantojot materiāla vadītspēju, lai panāktu morfoloģisko optimizāciju un veiktspēju.

Svarīgi! Grafēna bāzes akumulatoru vadītspēja ir ievērojami augstāka salīdzinājumā ar citiem pusvadītāju materiāliem.

Ir arī atklāts, ka hibrīdmateriālu izveidošana var būt noderīga, lai uzlabotu akumulatora kvalitāti. Piemēram, litija jonu katodi var izmantot vanādija oksīda VO 2 un grafēna katalīzes hibrīdu, kas nodrošina ātru uzlādi un izlādi, kā arī lielāku uzlādes cikla izturību.

Šajā gadījumā VO 2 ir augsta enerģijas intensitāte, bet vāja elektrovadītspēja, ko var atrisināt, izmantojot grafēnu kā sava veida strukturālu "pamatni", uz kura var piestiprināt VO 2 - izveidojot hibrīda materiālu, kam ir gan liela ietilpība, gan lieliska vadītspēja.

Priekšrocības un trūkumi

Galveno priekšrocību sarakstā jāiekļauj:

• Ekoloģiskā tīrība.
• Liela īpatnējā jauda.
• Augsta vadītspēja.
• Ātra uzlāde.
• Tehniskā izturība.

Vienīgais akumulatora trūkums ir tas, ka izstrādājumam ir ievērojams izmērs. Tādēļ mūsdienās tos nav iespējams implantēt miniatūros sīkrīkos (piemēram, tālruņos).

Kur tiek izmantotas grafēna baterijas?

Grafēna bāzes akumulatoriem ir aizraujošs potenciāls, un, kaut arī tie vēl nav pilnībā pieejami, pētniecība un attīstība notiek intensīvi. Tos izmanto daudzi labi pazīstami uzņēmumi.

Tesla 2014. gada augustā ierosināja jaunas akumulatoru tehnoloģijas izstrādi, kurai tā elektromobiļa modelim būs gandrīz divreiz vairāk enerģijas.

Runājot par tālruņiem, Huawei 2016. gada novembrī iepazīstināja ar jaunu ar grafēnu pārklātu litija jonu akumulatoru, kas var darboties augstākā temperatūrā (60 ° grādi salīdzinājumā ar esošo 50 ° robežu) un piedāvā ilgāku akumulatora darbības laiku.

Indijas uzņēmums Log 9 Materials 2018. gada decembrī paziņoja, ka strādā pie jauna projekta, kas teorētiski varētu izraisīt elektrisko transportlīdzekļu parādīšanos, kas darbojas uz ūdens.

Tehnoloģiju perspektīva

Pēc populāru uzņēmumu pētnieku domām, jaunākās baterijas ir daudz efektīvākas nekā tradicionālie produkti. Turklāt tie daudz ātrāk (minūtēs) papildina enerģiju.

Šī tehnoloģija izraisīs revolūciju elektrisko automašīnu attīstībā, viedtālruņu, kā arī klēpjdatoru un planšetdatoru ražošanā.

Vai jums ir jautājumi vai ir ko pievienot? Tad rakstiet mums par to komentāros, tas materiālu padarīs noderīgāku, pilnīgāku un precīzāku.