Bateriile pe bază de grafen sunt utilizate pe scară largă în diverse scopuri comerciale. Îmbunătățirea performanței și avantajul ciclului de viață al dezvoltării bateriilor pe bază de grafen față de bateriile convenționale litiu-ion.
Tesla Motors Ilona Mask este un exemplu binecunoscut de companii inovatoare implicate activ în cercetarea și comercializarea bateriilor grafen.
Sodrezhanie
Ce este bateria de grafen
Grafenul este cunoscut pe scară largă drept „material miraculos” datorită numeroaselor proprietăți uimitoare pe care le conține. Este un puternic conductor de energie electrică și termică, extrem de ușor și flexibil, cu o suprafață mare. De asemenea, este considerat ecologic și durabil, cu posibilități nelimitate pentru numeroase aplicații.
Interesant de știut! Bateriile grafenice pot reduce impactul asupra mediului asupra bateriilor.
Grafenul este o moleculă universală cu multe proprietăți unice și de dorit și poate fi folosită în moduri diferite, deoarece nu există o soluție universală pentru utilizarea sa.
Este utilizat pentru a îmbunătăți multe dintre beneficiile găsite deja în materialele convenționale, dar ajută, de asemenea, la depășirea limitărilor anterioare ale bateriei, ceea ce duce la creșterea duratei de viață a bateriei sau a performanței bateriei.
Cum este producția
Conversia compușilor anorganici pe bază de grafen și metale adecvate pentru utilizare poate fi realizată în mai multe moduri. Pe măsură ce noua tehnologie evoluează, metodele sunt adesea inventate și utilizate ulterior.
În orice metodă, există întotdeauna mai multe moduri de a sintetiza materialul în sine. Ar fi imposibil să descrie fiecare dintre ele, prin urmare, o metodă specifică va fi luată în considerare aici.
Un electrod pe bază de grafen pur se obține prin dispersarea unei pulberi de oxid de grafen (100 mg) în apă distilată (30 ml) și sonicarea timp de 30 de minute. Suspensia rezultată este încălzită pe o placă fierbinte la o temperatură de 100 ° C și apoi se adaugă 3 ml de hidrazină.
Suspensia este menținută la 98 ° C timp de 24 de ore pentru a reduce oxidul de grafen. Oxidul de grafen redus poate fi colectat prin filtrare, lăsând o pulbere neagră. Pulberea filtrată este apoi spălată de mai multe ori cu apă distilată pentru a reduce excesul de hidrazină.
Pulberea de grafen a fost redispersată în apă folosind ultrasunete, iar soluția rezultată a fost apoi centrifugată la 4000 rpm timp de 3 minute pentru a îndepărta particulele mai mari. Grafenul este colectat prin filtrare în vid și uscat sub vid. La scară industrială, produc companii din Marea Britanie, Rusia, Spania, SUA și Coreea de Sud.
Principiul funcționării și dispozitivului
Principiul de funcționare și dispunerea bateriilor grafen sunt similare cu bateriile tradiționale, unde doi electrozi și o soluție de electroliți sunt folosiți pentru a facilita transferul de ioni. Principala diferență între bateriile pe bază de grafen și bateriile cu stare solidă este compoziția unuia sau a ambilor electrozi.
Schimbarea constă în principal în catod, dar este posibil să se utilizeze alotrope de carbon în anod. Catodul dintr-o baterie convențională este format doar din materiale solide, dar un material hibrid compozit este utilizat ca catod în bateria grafenului.
Specificații și caracteristici
În domeniul bateriei, materialele convenționale sunt îmbunătățite semnificativ cu grafenul. Bateria din grafen de magneziu poate fi ușoară, durabilă și potrivită pentru stocarea energiei de mare capacitate, precum și pentru reducerea timpului de încărcare. Acesta adaugă conductivitate fără a necesita cantitatea de carbon folosită în bateriile convenționale.
Grafenul poate îmbunătăți proprietățile bateriei, cum ar fi densitatea și forma de energie într-o varietate de moduri. Bateriile cu ioni de litiu (și alte tipuri de baterii reîncărcabile) pot fi îmbunătățite prin introducerea grafenului în anodul bateriei și folosirea conductivității materialului pentru a obține optimizarea și performanța morfologică.
Important! Conductivitatea bateriilor pe bază de grafen este semnificativ mai mare în comparație cu alte materiale semiconductoare.
S-a descoperit, de asemenea, că crearea de materiale hibride poate fi utilă pentru îmbunătățirea calității bateriei. De exemplu, un hibrid de cataliză de oxid de vanadiu VO 2 și grafen poate fi utilizat pe catodii cu litiu-ion, care asigură încărcare și descărcare rapidă, precum și o durabilitate mai mare a ciclului de încărcare.
În acest caz, VO 2 are o intensitate energetică ridicată, dar o conductibilitate electrică slabă, care poate fi rezolvată folosind grafenul ca un fel de „bază” structurală pe care poate fi atașat VO 2 - creând un material hibrid cu capacitate ridicată și conductibilitate excelentă.
Avantaje și dezavantaje
Lista principalelor avantaje ar trebui să includă:
- Curățenie ecologică
- Capacitate specifică mare
- Conductivitate ridicată.
- Încărcare rapidă.
- Durabilitate tehnică.
Singurul dezavantaj al bateriei este că produsul are o dimensiune considerabilă. În virtutea acestui fapt, implantarea lor în gadgeturi miniaturale (de exemplu, telefoane) astăzi nu este posibilă.
Unde se folosesc bateriile grafene?
Bateriile pe bază de grafen au un potențial interesant și, deși nu sunt încă pe deplin disponibile, cercetarea și dezvoltarea este intensă. Sunt folosite de multe companii cunoscute.
În august 2014, Tesla a propus dezvoltarea unei noi tehnologii cu baterii, care va avea aproape de două ori mai multă putere pentru modelul său de mașină electrică.
În ceea ce privește telefoanele, în noiembrie 2016, Huawei a introdus o nouă baterie litiu-ion cu acoperire cu grafen, care poate rămâne funcțională la o temperatură mai ridicată (60 ° grade față de limita existentă de 50 °) și oferă o durată de viață mai lungă a bateriei.
În decembrie 2018, compania indiană Log 9 Materials a anunțat că lucrează la un nou proiect care teoretic ar putea duce la apariția vehiculelor electrice care circulă pe apă.
Perspective tehnologice
Potrivit cercetătorilor companiilor populare, ultimele baterii sunt mult mai eficiente decât produsele tradiționale. În plus, reumple energia mult mai rapid (în câteva minute).
Această tehnologie va duce la o revoluție în dezvoltarea de mașini electrice, producția de smartphone-uri, precum și computere laptop și tablete.
Aveți întrebări sau aveți ceva de adăugat? Apoi scrieți-ne despre asta în comentarii, acest lucru va face materialul mai util, complet și mai precis.
