Pin dựa trên graphene được sử dụng rộng rãi cho các mục đích thương mại khác nhau. Cải thiện hiệu suất và lợi thế vòng đời của việc phát triển pin dựa trên graphene so với pin lithium-ion thông thường.
Tesla Motors Ilona Mask là một ví dụ nổi tiếng về các công ty sáng tạo tích cực tham gia nghiên cứu và thương mại hóa pin graphene.
Nội dung
Pin graphene là gì
Graphene được biết đến rộng rãi là "vật liệu kỳ diệu" do nhiều đặc tính tuyệt vời mà nó chứa. Nó là một chất dẫn điện mạnh mẽ và năng lượng nhiệt, cực kỳ nhẹ và linh hoạt với diện tích bề mặt lớn. Nó cũng được coi là thân thiện với môi trường và bền vững, với khả năng không giới hạn cho nhiều ứng dụng.
Thú vị muốn biết! Pin graphene có thể làm giảm tác động môi trường của pin.
Graphene là một phân tử phổ quát với nhiều đặc tính độc đáo và mong muốn, và nó có thể được sử dụng theo nhiều cách khác nhau, vì không có giải pháp chung cho việc sử dụng nó.
Nó được sử dụng để cải thiện nhiều lợi ích đã có trong các vật liệu thông thường, nhưng nó cũng giúp khắc phục các hạn chế về pin trước đây, dẫn đến tăng tuổi thọ pin hoặc hiệu suất pin.
Sản xuất thế nào
Việc chuyển đổi các hợp chất vô cơ dựa trên graphene và kim loại phù hợp để sử dụng có thể được thực hiện theo nhiều cách. Khi công nghệ mới phát triển, các phương pháp thường được phát minh và sau đó được sử dụng.
Trong bất kỳ phương pháp nào, luôn có một số cách để tự tổng hợp vật liệu. Sẽ là không thực tế khi mô tả từng người trong số họ, do đó, một phương pháp cụ thể sẽ được xem xét ở đây.
Một điện cực dựa trên graphene tinh khiết thu được bằng cách phân tán bột graphene oxit (100 mg) trong nước cất (30 ml) và sonication trong 30 phút. Huyền phù thu được được gia nhiệt trên một tấm nóng đến nhiệt độ 100 ° C và sau đó thêm 3 ml hydrazine hydrate.
Việc đình chỉ được duy trì ở 98 ° C trong 24 giờ để giảm graphene oxide. Ôxít graphene giảm có thể được thu thập bằng cách lọc, để lại một loại bột màu đen. Bột lọc sau đó được rửa nhiều lần bằng nước cất để giảm lượng hydrazine dư thừa.
Bột graphene được làm lại trong nước bằng siêu âm và dung dịch thu được sau đó được ly tâm ở 4000 vòng / phút trong 3 phút để loại bỏ các hạt lớn hơn. Graphene được thu thập bằng cách lọc chân không và sấy khô trong chân không. Ở quy mô công nghiệp, các công ty từ Anh, Nga, Tây Ban Nha, Mỹ và Hàn Quốc sản xuất nó.
Nguyên lý hoạt động và thiết bị
Nguyên lý hoạt động và sắp xếp pin graphene tương tự như pin truyền thống, trong đó hai điện cực và dung dịch điện phân được sử dụng để tạo thuận lợi cho việc chuyển ion. Sự khác biệt chính giữa pin dựa trên graphene và pin trạng thái rắn là thành phần của một hoặc cả hai điện cực.
Sự thay đổi chủ yếu nằm ở cực âm, nhưng cũng có thể sử dụng các đồng vị carbon trong cực dương. Cực âm trong pin thông thường chỉ bao gồm các vật liệu rắn, nhưng vật liệu lai hỗn hợp được sử dụng làm cực âm trong pin graphene.
Thông số kỹ thuật và tính năng
Trong lĩnh vực pin, các vật liệu thông thường được cải thiện đáng kể với graphene. Pin magiê graphene có thể nhẹ, bền và phù hợp để lưu trữ năng lượng dung lượng cao, cũng như để giảm thời gian sạc. Nó bổ sung độ dẫn mà không yêu cầu lượng carbon được sử dụng trong pin thông thường.
Graphene có thể cải thiện các tính chất của pin như mật độ năng lượng và hình dạng theo nhiều cách khác nhau. Pin lithium-ion (và các loại pin sạc khác) có thể được cải thiện bằng cách đưa graphene vào cực dương của pin và sử dụng độ dẫn vật liệu để đạt được hiệu suất và tối ưu hóa hình thái.
Quan trọng! Độ dẫn điện của pin dựa trên graphene cao hơn đáng kể so với các vật liệu bán dẫn khác.
Nó cũng đã được phát hiện ra rằng việc tạo ra các vật liệu lai có thể hữu ích để cải thiện chất lượng pin. Ví dụ, một hỗn hợp xúc tác của vanadi oxide VO 2 và graphene có thể được sử dụng trên catốt lithium-ion, cung cấp khả năng sạc và xả nhanh, cũng như độ bền cao hơn của chu kỳ sạc.
Trong trường hợp này, VO 2 có cường độ năng lượng cao, nhưng độ dẫn điện kém, có thể được giải quyết bằng cách sử dụng graphene như một loại "cơ sở" cấu trúc mà VO 2 có thể được gắn vào - tạo ra một vật liệu lai có cả công suất cao và độ dẫn tuyệt vời.
Ưu điểm và nhược điểm
Danh sách các lợi thế chính nên bao gồm:
- Vệ sinh sinh thái.
- Năng lực cụ thể lớn.
- Độ dẫn điện cao.
- Sạc nhanh.
- Độ bền kỹ thuật.
Hạn chế duy nhất của pin là sản phẩm có kích thước đáng kể. Nhờ vào điều này, việc cấy chúng vào các thiết bị thu nhỏ (ví dụ như điện thoại) ngày nay là không thể.
Pin graphene được sử dụng ở đâu?
Pin dựa trên graphene có tiềm năng thú vị, và mặc dù chúng chưa có sẵn đầy đủ, nghiên cứu và phát triển rất mạnh mẽ. Chúng được sử dụng bởi nhiều công ty nổi tiếng.
Vào tháng 8 năm 2014, Tesla đã đề xuất phát triển một công nghệ pin mới sẽ có năng lượng gần gấp đôi cho mẫu xe điện của mình.
Đối với điện thoại, vào tháng 11 năm 2016, Huawei đã giới thiệu pin lithium-ion được phủ graphene mới có thể duy trì hoạt động ở nhiệt độ cao hơn (60 ° so với giới hạn 50 ° hiện tại) và cung cấp thời lượng pin dài hơn.
Vào tháng 12 năm 2018, công ty Ấn Độ Log 9 Vật liệu tuyên bố rằng họ đang làm việc trên một dự án mới về mặt lý thuyết có thể dẫn đến sự xuất hiện của xe điện chạy trên nước.
Triển vọng công nghệ
Theo các nhà nghiên cứu tại các công ty nổi tiếng, pin mới nhất hiệu quả hơn nhiều so với các sản phẩm truyền thống. Ngoài ra, chúng bổ sung năng lượng nhanh hơn nhiều (tính bằng phút).
Công nghệ này sẽ dẫn đến một cuộc cách mạng trong việc phát triển ô tô điện, sản xuất điện thoại thông minh, cũng như máy tính xách tay và máy tính bảng.
Có câu hỏi hoặc có một cái gì đó để thêm? Sau đó viết cho chúng tôi về nó trong các ý kiến, điều này sẽ làm cho tài liệu hữu ích hơn, đầy đủ và chính xác.
