Batérie na báze grafénu sa široko používajú na rôzne komerčné účely. Zlepšenie výkonu a výhod životného cyklu vývoja batérií založených na graféne oproti konvenčným lítium-iónovým batériám sa oplatí.
Tesla Motors Ilona Mask je známym príkladom inovatívnych spoločností, ktoré sa aktívne podieľajú na výskume a komercializácii grafénových batérií.
Sodrezhanie
Čo je to grafénová batéria
Graphene je všeobecne známy ako „zázračný materiál“ kvôli mnohým jeho úžasným vlastnostiam, ktoré obsahuje. Je to silný vodič elektrickej a tepelnej energie, extrémne ľahký a flexibilný s veľkým povrchom. Považuje sa tiež za šetrný k životnému prostrediu a udržateľný s neobmedzenými možnosťami pre početné aplikácie.
Zaujímavé vedieť! Grafénové batérie môžu znížiť dopad batérií na životné prostredie.
Graphene je univerzálna molekula s mnohými jedinečnými a žiaducimi vlastnosťami a môže sa používať rôznymi spôsobmi, pretože pre jej použitie neexistuje univerzálne riešenie.
Používa sa na zlepšenie mnohých výhod, ktoré už existujú v konvenčných materiáloch, ale tiež pomáha prekonať predchádzajúce obmedzenia batérie, čo vedie k predĺženiu životnosti batérie alebo jej výkonu.
Aká je výroba
Konverzia anorganických zlúčenín na báze grafénu a kovov vhodných na použitie sa môže uskutočniť mnohými spôsobmi. Ako sa vyvíja nová technológia, metódy sa často vymýšľajú a následne používajú.
V akejkoľvek metóde existuje vždy niekoľko spôsobov, ako syntetizovať samotný materiál. Bolo by nepraktické opísať každú z nich, preto sa tu bude zvažovať jedna konkrétna metóda.
Čistá elektróda na báze grafénu sa získa dispergovaním prášku oxidu grafénu (100 mg) v destilovanej vode (30 ml) a pôsobením ultrazvuku počas 30 minút. Výsledná suspenzia sa zahrieva na horúcej platni na teplotu 100 ° C a potom sa pridajú 3 ml hydrazínhydrátu.
Suspenzia sa udržuje pri 98 ° C počas 24 hodín, aby sa redukoval oxid grafén. Redukovaný oxid grafénu sa môže izolovať filtráciou, čím sa získa čierny prášok. Prefiltrovaný prášok sa potom niekoľkokrát premyje destilovanou vodou, aby sa znížil nadbytok hydrazínu.
Grafénový prášok bol redispergovaný vo vode pomocou ultrazvuku a výsledný roztok bol potom odstreďovaný pri 4000 ot / min počas 3 minút, aby sa odstránili väčšie častice. Grafén sa izoluje vákuovou filtráciou a suší sa vo vákuu. V priemyselnom meradle to vyrábajú spoločnosti z Veľkej Británie, Ruska, Španielska, USA a Južnej Kórey.
Princíp činnosti a zariadenie
Princíp činnosti a usporiadanie grafénových batérií sú podobné ako tradičné batérie, pri ktorých sa na uľahčenie prenosu iónov používajú dve elektródy a roztok elektrolytu. Hlavný rozdiel medzi batériami na báze grafénu a polovodičovými batériami je zloženie jednej alebo obidvoch elektród.
Táto zmena spočíva hlavne v katóde, ale v anóde je možné použiť aj uhlíkové alotrópy. Katóda v konvenčnej batérii pozostáva výlučne z pevných materiálov, ale ako katóda v grafénovej batérii sa používa zložený hybridný materiál.
Špecifikácie a vlastnosti
V oblasti batérií sa bežné materiály s grafénom významne zlepšujú. Horčíková grafénová batéria môže byť ľahká, odolná a vhodná na ukladanie vysokokapacitnej energie, ako aj na skrátenie času nabíjania. Dodáva vodivosť bez potreby množstva uhlíka, ktoré sa používa v bežných batériách.
Grafén môže vylepšiť vlastnosti batérie, ako je napríklad hustota energie a tvar, rôznymi spôsobmi. Lítium-iónové batérie (a iné typy nabíjateľných batérií) je možné vylepšiť zavedením grafénu do anódy batérie a použitím vodivosti materiálu na dosiahnutie morfologickej optimalizácie a výkonu.
Dôležité! Vodivosť batérií na báze grafénu je výrazne vyššia v porovnaní s inými polovodičovými materiálmi.
Tiež sa zistilo, že vytváranie hybridných materiálov môže byť užitočné na zlepšenie kvality batérie. Napríklad hybrid katalýzy oxidu vanádu V02 a grafénu sa môže použiť na lítium-iónových katódach, čo poskytuje rýchle nabíjanie a vybíjanie, ako aj väčšiu trvanlivosť nabíjacieho cyklu.
V tomto prípade má VO 2 vysokú energetickú náročnosť, ale zlú elektrickú vodivosť, ktorú je možné vyriešiť pomocou grafénu ako druhu štruktúrnej „bázy“, na ktorú je možné pripojiť VO 2 - čím sa vytvára hybridný materiál s vysokou kapacitou a vynikajúcou vodivosťou.
Výhody a nevýhody
Zoznam hlavných výhod by mal obsahovať:
- Ekologická čistota.
- Veľká špecifická kapacita.
- Vysoká vodivosť.
- Rýchle nabíjanie.
- Technická odolnosť.
Jedinou nevýhodou batérie je, že výrobok má značnú veľkosť. Vďaka tomu nie je ich dnes možné implantovať do miniatúrnych prístrojov (napríklad telefónov).
Kde sa používajú grafénové batérie?
Batérie založené na graféne majú vzrušujúci potenciál, a hoci ešte nie sú úplne dostupné, výskum a vývoj je intenzívny. Používajú ich mnohé známe spoločnosti.
V auguste 2014 spoločnosť Tesla navrhla vývoj novej technológie akumulátorov, ktorá bude mať takmer dvakrát toľko energie pre svoj model elektrického vozidla.
Pokiaľ ide o telefóny, spoločnosť Huawei v novembri 2016 predstavila novú lítium-iónovú batériu potiahnutú grafénom, ktorá môže zostať v prevádzke pri vyššej teplote (60 ° v porovnaní s existujúcim limitom 50 °) a ponúka dlhšiu výdrž batérie.
V decembri 2018 indická spoločnosť Log 9 Materials oznámila, že pracuje na novom projekte, ktorý by teoreticky mohol viesť k vzniku elektrických vozidiel jazdiacich na vodu.
Výhľad technológií
Podľa vedcov v populárnych spoločnostiach sú najnovšie batérie omnoho efektívnejšie ako tradičné výrobky. Navyše dopĺňajú energiu oveľa rýchlejšie (v minútach).
Táto technológia povedie k revolúcii vo vývoji elektrických automobilov, výrobe smartfónov, ako aj prenosných počítačov a tabliet.
Máte otázky alebo niečo pridať? Potom nám o tom napíšte v komentároch, vďaka čomu bude tento materiál užitočnejší, úplnejší a presnejší.
