Grafbatterier

Grafenbaserade batterier används ofta för olika kommersiella ändamål. Att förbättra prestanda och livscykelfördelen med att utveckla grafenbaserade batterier jämfört med konventionella litiumjonbatterier lönar sig.

Tesla Motors Ilona Mask är ett välkänt exempel på innovativa företag som aktivt är involverade i forskning och kommersialisering av grafenbatterier.

Vad är grafenbatteri

Grafen är allmänt känt som "mirakulöst material" på grund av de många fantastiska egenskaper som det innehåller. Det är en kraftfull ledare av elektrisk och termisk energi, extremt lätt och flexibel med en stor ytarea. Det betraktas också som miljövänligt och hållbart, med obegränsade möjligheter för många applikationer.

Intressant att veta! Grafbatterier kan minska batteriets miljöpåverkan.

Grafen är en universell molekyl med många unika och önskvärda egenskaper, och den kan användas på olika sätt, eftersom det inte finns någon universell lösning för dess användning.

Det används för att förbättra många av de fördelar som redan finns i konventionella material, men det hjälper också att övervinna tidigare batteribegränsningar, vilket leder till ökad batteritid eller batteriprestanda.

Hur är produktionen

Omvandlingen av oorganiska föreningar baserade på grafen och metaller lämpliga för användning kan utföras på många sätt. När ny teknik utvecklas uppfinns ofta metoder och används därefter.

I alla metoder finns det alltid flera sätt att syntetisera själva materialet. Det skulle vara opraktiskt att beskriva var och en av dem, därför kommer en specifik metod att övervägas här.

En ren grafenbaserad elektrod erhålles genom att dispergera ett grafenoxidpulver (100 mg) i destillerat vatten (30 ml) och ljudbehandling under 30 minuter. Den resulterande suspensionen upphettas på en varm platta till en temperatur av 100 ° C och därefter tillsättes 3 ml hydrazinhydrat.

Suspensionen hålls vid 98 ° C under 24 timmar för att reducera grafenoxid. Minskad grafenoxid kan samlas in genom filtrering, vilket lämnar ett svart pulver. Det filtrerade pulvret tvättas sedan flera gånger med destillerat vatten för att reducera överskottet av hydrazin.

Grafenpulvret dispergerades i vatten med användning av ultraljud, och den resulterande lösningen centrifugerades sedan vid 4000 rpm i 3 minuter för att avlägsna större partiklar. Grafen uppsamlas genom vakuumfiltrering och torkas i vakuum. I industriell skala producerar företag från Storbritannien, Ryssland, Spanien, USA och Sydkorea det.

Principen för drift och enhet

Funktionsprincipen och arrangemanget av grafenbatterier liknar traditionella batterier, där två elektroder och en elektrolytlösning används för att underlätta jonöverföring. Den huvudsakliga skillnaden mellan grafenbaserade batterier och solid-state-batterier är sammansättningen av en eller båda elektroderna.

Förändringen ligger huvudsakligen i katoden, men det är också möjligt att använda kolatotiller i anoden. Katoden i ett konventionellt batteri består endast av fasta material, men ett sammansatt hybridmaterial används som katod i grafenbatteriet.

Specifikationer och funktioner

Inom batterifältet förbättras konventionella material betydligt med grafen. Magnesium-grafenbatteri kan vara lätt, hållbart och lämpligt för lagring av hög kapacitet och för att minska laddningstiden. Det tillför konduktivitet utan att kräva den mängd kol som används i konventionella batterier.

Grafen kan förbättra batteriegenskaper som energitäthet och form på olika sätt. Litiumjonbatterier (och andra typer av uppladdningsbara batterier) kan förbättras genom att införa grafen i batteriets anod och använda materialets konduktivitet för att uppnå morfologisk optimering och prestanda.

Viktigt! Konduktiviteten för grafenbaserade batterier är betydligt högre jämfört med andra halvledarmaterial.

Det har också upptäckts att skapandet av hybridmaterial kan vara användbart för att förbättra batterikvaliteten. Exempelvis kan en hybridisering av katalysen av vanadiumoxid VO2 och grafen användas på litiumjonkatoder, vilket ger snabb laddning och urladdning, liksom större hållbarhet hos laddningscykeln.

I detta fall har VO 2 en hög energiintensitet, men dålig elektrisk ledningsförmåga, som kan lösas med grafen som en slags strukturell "bas" som VO 2 kan fästas på - vilket skapar ett hybridmaterial med både hög kapacitet och utmärkt konduktivitet.

För- och nackdelar

Listan över huvudfördelar bör innehålla:

• Ekologisk renlighet.
• Stor specifik kapacitet.
• Hög konduktivitet.
• Snabbladdning.
• Teknisk hållbarhet.

Batteriets enda nackdel är att produkten har en betydande storlek. I kraft av detta är det inte möjligt att implantera dem i miniatyrprylar (till exempel telefoner) idag.

Var används grafenbatterier?

Grafbaserade batterier har spännande potential, och även om de ännu inte är fullt tillgängliga är forskning och utveckling intensiv. De används av många kända företag.

I augusti 2014 föreslog Tesla utvecklingen av en ny batteriteknik, som kommer att ha nästan dubbelt så mycket ström för sin elbilmodell.

När det gäller telefonerna introducerade Huawei i november 2016 ett nytt litiumjonbatteri med grafenbeläggning, som kan förbli i drift vid en högre temperatur (60 ° grader jämfört med den befintliga gränsen på 50 °) och ger en längre batteritid.

I december 2018 tillkännagav det indiska företaget Log 9 Materials att det arbetar med ett nytt projekt som teoretiskt kan leda till uppkomsten av elektriska fordon som rinner på vatten.

Teknikutsikter

Enligt forskare på populära företag är de senaste batterierna mycket effektivare än traditionella produkter. Dessutom fyller de energi mycket snabbare (på några minuter).

Denna teknik kommer att leda till en revolution i utvecklingen av elbilar, produktion av smartphones, liksom bärbara datorer och surfplattor.

Har du frågor eller har något att lägga till? Skriv sedan till oss om det i kommentarerna, detta kommer att göra materialet mer användbart, komplett och korrekt.