Grafenbatterier

Grafenbaserte batterier brukes mye til forskjellige kommersielle formål. Å forbedre ytelsen og livssyklusfordelen ved å utvikle grafenbaserte batterier i forhold til konvensjonelle litium-ion-batterier lønner seg.

Tesla Motors Ilona Mask er et kjent eksempel på innovative selskaper som er aktivt involvert i forskning og kommersialisering av grafenbatterier.

Hva er grafenbatteri

Graphene er viden kjent som "mirakuløst materiale" på grunn av mange av de fantastiske egenskapene det inneholder. Det er en kraftig leder av elektrisk og termisk energi, ekstremt lett og fleksibel med et stort overflateareal. Det anses også som miljøvennlig og bærekraftig, med ubegrensede muligheter for mange bruksområder.

Interessant å vite! Grafenbatterier kan redusere miljøpåvirkningen fra batterier.

Grafen er et universelt molekyl med mange unike og ønskelige egenskaper, og det kan brukes på forskjellige måter, siden det ikke er noen universell løsning for dets bruk.

Det brukes til å forbedre mange av fordelene som allerede finnes i konvensjonelle materialer, men det hjelper også til å overvinne tidligere batteribegrensninger, noe som fører til økt batteritid eller batteriets ytelse.

Hvordan er produksjonen

Konvertering av uorganiske forbindelser basert på grafen og metaller egnet for bruk kan utføres på mange måter. Når ny teknologi utvikler seg, blir metoder ofte oppfunnet og deretter brukt.

I en hvilken som helst metode er det alltid flere måter å syntetisere selve materialet. Det ville være upraktisk å beskrive hver av dem, derfor vil en spesifikk metode bli vurdert her.

En ren grafenbasert elektrode oppnås ved å dispergere et grafenoksydpulver (100 mg) i destillert vann (30 ml) og sonikere i 30 minutter. Den resulterende suspensjon ble oppvarmet på en varm plate til en temperatur på 100 ° C og deretter tilsatt 3 ml hydrazinhydrat.

Suspensjonen holdes ved 98 ° C i 24 timer for å redusere grafenoksyd. Redusert grafenoksyd kan samles opp ved filtrering og etterlate et svart pulver. Det filtrerte pulveret vaskes deretter flere ganger med destillert vann for å redusere overflødig hydrazin.

Grafenpulveret ble dispergert i vann ved bruk av ultralyd, og den resulterende oppløsningen ble deretter sentrifugert ved 4000 rpm i 3 minutter for å fjerne større partikler. Grafen oppsamles ved vakuumfiltrering og tørkes i vakuum. I industriell skala produserer selskaper fra Storbritannia, Russland, Spania, USA og Sør-Korea det.

Prinsippet om drift og enhet

Driftsprinsippet og arrangementet av grafenbatterier ligner tradisjonelle batterier, der to elektroder og en elektrolyttløsning blir brukt for å lette ionoverføring. Hovedforskjellen mellom grafenbaserte batterier og solid-state-batterier er sammensetningen av en eller begge elektroder.

Endringen ligger hovedsakelig i katoden, men det er også mulig å bruke karbonallotroper i anoden. Katoden i et konvensjonelt batteri består utelukkende av faste materialer, men et sammensatt hybridmateriale brukes som katode i grafenbatteriet.

Spesifikasjoner og funksjoner

I batterifeltet er konvensjonelle materialer betydelig forbedret med grafen. Magnesium-grafenbatteri kan være lett, holdbart og egnet for lagring av energi med høy kapasitet, samt for å redusere ladetiden. Det tilfører konduktivitet uten å kreve mengden karbon som brukes i konvensjonelle batterier.

Grafen kan forbedre batteriegenskaper som energitetthet og form på mange forskjellige måter. Litium-ion-batterier (og andre typer oppladbare batterier) kan forbedres ved å innføre grafen i batteriets anode og bruke materialledningsevne for å oppnå morfologisk optimalisering og ytelse.

Viktig! Konduktiviteten til grafenbaserte batterier er betydelig høyere sammenlignet med andre halvledermaterialer.

Det har også blitt oppdaget at dannelse av hybridmaterialer kan være nyttig for å forbedre batterikvaliteten. For eksempel kan en hybrid av katalyse av vanadiumoksyd VO 2 og grafen brukes på litium-ion-katoder, som gir hurtig lading og utladning, samt større holdbarhet for ladesyklusen.

I dette tilfellet har VO 2 en høy energiintensitet, men dårlig elektrisk ledningsevne, som kan løses ved hjelp av grafen som en slags strukturell "base" som VO 2 kan festes på - noe som skaper et hybridmateriale med både høy kapasitet og utmerket ledningsevne.

Fordeler og ulemper

Listen over hovedfordelene bør inneholde:

• Økologisk renslighet.
• Stor spesifikk kapasitet.
• Høy ledningsevne.
• Rask lading.
• Teknisk holdbarhet.

Den eneste ulempen med batteriet er at produktet har en betydelig størrelse. I kraft av dette er det ikke mulig å implantere dem i miniatyrtilbehør (for eksempel telefoner) i dag.

Hvor brukes grafenbatterier?

Grafenbaserte batterier har spennende potensiale, og selv om de ennå ikke er fullt tilgjengelige, er forskning og utvikling intens. De brukes av mange kjente selskaper.

I august 2014 foreslo Tesla utviklingen av en ny batteriteknologi, som vil ha nesten dobbelt så mye strøm for sin elbilmodell.

Når det gjelder telefonene, introduserte Huawei i november 2016 et nytt litium-ion-batteri med grafenbelegg, som kan forbli i drift ved en høyere temperatur (60 ° grader sammenlignet med den eksisterende grensen på 50 °) og gir en lengre batterilevetid.

I desember 2018 kunngjorde det indiske selskapet Log 9 Materials at det jobbet med et nytt prosjekt som teoretisk kunne føre til fremveksten av elektriske kjøretøyer som løper på vann.

Teknologiske utsikter

I følge forskere hos populære selskaper er de nyeste batteriene mye mer effektive enn tradisjonelle produkter. I tillegg fyller de på energien mye raskere (i løpet av minutter).

Denne teknologien vil føre til en revolusjon i utviklingen av elbiler, produksjon av smarttelefoner, så vel som bærbare datamaskiner og nettbrett.

Har du spørsmål eller har noe å legge til? Så skriv til oss om det i kommentarene, dette vil gjøre materialet mer nyttig, fullstendig og nøyaktig.