Baterie na bazie grafenu są szeroko stosowane do różnych celów komercyjnych. Opłaca się poprawa wydajności i przewaga cyklu życia akumulatorów grafenowych w porównaniu z konwencjonalnymi akumulatorami litowo-jonowymi.
Tesla Motors Ilona Mask to dobrze znany przykład innowacyjnych firm aktywnie zaangażowanych w badania i komercjalizację baterii grafenowych.
Treść
Co to jest bateria grafenowa
Grafen jest powszechnie znany jako „cudowny materiał” ze względu na wiele jego niesamowitych właściwości, które zawiera. Jest to silny przewodnik energii elektrycznej i cieplnej, niezwykle lekki i elastyczny o dużej powierzchni. Jest również uważany za przyjazny dla środowiska i zrównoważony, z nieograniczonymi możliwościami wielu zastosowań.
Ciekawe wiedzieć! Baterie grafenowe mogą zmniejszyć wpływ baterii na środowisko.
Grafen to uniwersalna cząsteczka o wielu unikalnych i pożądanych właściwościach, którą można stosować na różne sposoby, ponieważ nie ma uniwersalnego rozwiązania do jej stosowania.
Służy do poprawy wielu korzyści już znanych z konwencjonalnych materiałów, ale pomaga również przezwyciężyć poprzednie ograniczenia baterii, co prowadzi do wydłużenia żywotności baterii lub jej wydajności.
Jaka jest produkcja
Konwersję związków nieorganicznych opartych na grafenie i metalach odpowiednich do zastosowania można przeprowadzić na wiele sposobów. W miarę rozwoju nowej technologii metody są często wymyślane, a następnie stosowane.
W każdej metodzie zawsze istnieje kilka sposobów syntezy samego materiału. Opisanie każdego z nich byłoby niepraktyczne, dlatego rozważona zostanie tutaj jedna konkretna metoda.
Elektrodę na bazie czystego grafenu uzyskuje się przez dyspergowanie proszku tlenku grafenu (100 mg) w wodzie destylowanej (30 ml) i sonikację przez 30 minut. Powstałą zawiesinę ogrzewa się na gorącej płycie do temperatury 100 ° C, a następnie dodaje się 3 ml hydratu hydrazyny.
Zawiesinę utrzymuje się w 98 ° C przez 24 godziny w celu redukcji tlenku grafenu. Zredukowany tlenek grafenu można zebrać przez filtrację, pozostawiając czarny proszek. Przefiltrowany proszek przemywa się następnie kilkakrotnie wodą destylowaną w celu zmniejszenia nadmiaru hydrazyny.
Proszek grafenowy ponownie zdyspergowano w wodzie za pomocą ultradźwięków, a powstały roztwór następnie wirowano przy 4000 rpm przez 3 minuty w celu usunięcia większych cząstek. Grafen zbiera się przez filtrację próżniową i suszy pod próżnią. Na skalę przemysłową produkują go firmy z Wielkiej Brytanii, Rosji, Hiszpanii, USA i Korei Południowej.
Zasada działania i urządzenia
Zasada działania i rozmieszczenie akumulatorów grafenowych są podobne do tradycyjnych akumulatorów, w których dwie elektrody i roztwór elektrolitu służą do ułatwienia transferu jonów. Główną różnicą między bateriami na bazie grafenu a bateriami półprzewodnikowymi jest skład jednej lub obu elektrod.
Zmiana polega głównie na katodzie, ale możliwe jest również zastosowanie alotropów węglowych w anodzie. Katoda w konwencjonalnej baterii składa się wyłącznie z materiałów stałych, ale kompozytowy materiał hybrydowy jest stosowany jako katoda w baterii grafenowej.
Dane techniczne i funkcje
W dziedzinie akumulatorów konwencjonalne materiały zostały znacznie ulepszone dzięki grafenowi. Bateria grafenowo-magnezowa może być lekka, trwała i odpowiednia do przechowywania energii o dużej pojemności, a także do skrócenia czasu ładowania. Dodaje przewodnictwo, nie wymagając ilości węgla, która jest używana w konwencjonalnych bateriach.
Grafen może poprawić właściwości baterii, takie jak gęstość energii i kształt na różne sposoby. Akumulatory litowo-jonowe (i inne typy akumulatorów) można ulepszyć, wprowadzając grafen do anody akumulatora i wykorzystując przewodnictwo materiału w celu uzyskania optymalizacji morfologicznej i wydajności.
Ważne! Przewodność akumulatorów na bazie grafenu jest znacznie wyższa w porównaniu do innych materiałów półprzewodnikowych.
Odkryto również, że tworzenie materiałów hybrydowych może być przydatne do poprawy jakości baterii. Na przykład hybrydowa kataliza tlenku wanadu VO 2 i grafenu może być stosowana na katodach litowo-jonowych, co zapewnia szybkie ładowanie i rozładowywanie, a także większą trwałość cyklu ładowania.
W tym przypadku VO 2 ma wysoką intensywność energii, ale słabą przewodność elektryczną, którą można rozwiązać za pomocą grafenu jako rodzaju strukturalnej „podstawy”, na której można zamocować VO 2 - tworząc materiał hybrydowy o wysokiej pojemności i doskonałej przewodności.
Zalety i wady
Lista głównych zalet powinna obejmować:
- Ekologiczna czystość.
- Duża pojemność właściwa.
- Wysoka przewodność
- Szybkie ładowanie
- Trwałość techniczna
Jedyną wadą baterii jest to, że produkt ma znaczny rozmiar. Z tego powodu wszczepienie ich w miniaturowe gadżety (na przykład telefony) nie jest obecnie możliwe.
Gdzie stosuje się baterie grafenowe?
Baterie na bazie grafenu mają ekscytujący potencjał i chociaż nie są jeszcze w pełni dostępne, badania i rozwój są intensywne. Korzystają z nich wiele znanych firm.
W sierpniu 2014 r. Tesla zaproponowała opracowanie nowej technologii akumulatorów, która będzie miała prawie dwa razy więcej mocy niż model samochodu elektrycznego.
Jeśli chodzi o telefony, w listopadzie 2016 r. Huawei wprowadził nową baterię litowo-jonową pokrytą grafenem, która może działać w wyższej temperaturze (60 ° w porównaniu do istniejącego limitu 50 °) i oferuje dłuższą żywotność baterii.
W grudniu 2018 r. Indyjska firma Log 9 Materials ogłosiła, że pracuje nad nowym projektem, który teoretycznie może doprowadzić do pojawienia się pojazdów elektrycznych poruszających się na wodzie.
Perspektywy technologiczne
Według naukowców z popularnych firm najnowsze baterie są znacznie bardziej wydajne niż tradycyjne produkty. Ponadto znacznie szybciej uzupełniają energię (w kilka minut).
Technologia ta doprowadzi do rewolucji w rozwoju samochodów elektrycznych, produkcji smartfonów, a także laptopów i tabletów.
Masz pytania lub masz coś do dodania? Napisz do nas o tym w komentarzach, dzięki czemu materiał będzie bardziej przydatny, kompletny i dokładny.
