Графеновые аккумуляторы

Графеновые аккумуляторы

Аккумуляторы на основе графена активно применяются в различных коммерческих целях. Улучшение производительности и преимущество жизненного цикла при разработке батарей на основе графена по сравнению с обычными литий-ионными аккумуляторами окупаются.

Tesla Motors Илона Маска представляет собой известный пример инновационных компаний, активно занимающихся исследованиями и коммерциализацией графеновых аккумуляторов.

Что такое графеновый аккумулятор

Графен – широко известен как «чудодейственный материал» благодаря множеству своих удивительных свойств, которые он содержит. Это мощный проводник электрической и тепловой энергии, чрезвычайно легкий и гибкий с большой площадью поверхности. Он также считается экологически чистым и устойчивым, с неограниченными возможностями для многочисленных применений.

Интересно знать! Аккумуляторы графеновые могут уменьшить воздействие батареи на окружающую среду.

Графен – это универсальная молекула, обладающая множеством уникальных и желательных свойств, и его можно применять по-разному, поскольку не существует универсального решения для его использования.

Он используется для улучшения многих преимуществ, уже присутствующих в обычных материалах, но он также помогает преодолевать предыдущие ограничения аккумулятора, что приводит к увеличению срока службы батареи или ее производительности.

Фото 1

Как осуществляется производство

Преобразование неорганических соединений на основе графена и металлов пригодных для использования может быть осуществлено многими способами. По мере развития новой технологии, методы часто изобретаются и впоследствии используются.

В любом методе, всегда есть несколько способов синтезировать сам материал. Было бы нецелесообразно описывать каждый из них, поэтому здесь будет рассмотрен один конкретный способ.

Чистый электрод на основе графена получают путем диспергирования порошка оксида графена (100 мг) в дистиллированной воде (30 мл) и обработки ультразвуком в течение 30 минут. Полученную суспензию нагревают на горячей плите до температуры 100 °С и затем добавляют 3 мл гидразингидрата.

Суспензию выдерживают при 98°С в течение 24 часов для восстановления оксида графена. Восстановленный оксид графена можно собирать фильтрацией, оставляя черный порошок. Отфильтрованный порошок затем несколько раз промывают дистиллированной водой, чтобы уменьшить избыток гидразина.

Читайте также:  Литий полимерные аккумуляторы

Порошок графена повторно диспергируют в воде с помощью ультразвука, и полученный раствор затем центрифугируют при 4000 об / мин в течение 3 минут для удаления более крупных частиц. Графен собирают вакуумной фильтрацией и сушат в вакууме. В промышленных масштабах производят компании Великобритании, России, Испании, США и Южной Кореи.

Принцип работы и устройство

Принцип работы и устройство графеновых аккумуляторов аналогичны традиционным батареям, где для облегчения переноса ионов используются два электрода и раствор электролита. Основное различие между аккумуляторами на основе графена и твердотельных батарей заключается в составе одного или обоих электродов.

Принцип действия

Изменение в основном заключается в катоде, но также возможно использование углеродных аллотропов в аноде. Катод в обычной батарее состоит исключительно из твердотельных материалов, но в качестве катода в графеновой батарее используется композитный гибридный материал.

Технические характеристики и особенности

В области аккумуляторов обычные материалы значительно улучшаются при использовании графена. Магний графеновый аккумулятор может быть легким, долговечным и подходящим для накопления энергии большой емкости, а также для сокращения времени зарядки. Он добавляет проводимость, не требуя количества углерода, которое используется в обычных батареях.

Графен может улучшить такие свойства батареи, как плотность энергии и форму, различными способами. Литий-ионные батареи (и другие типы аккумуляторных батарей) могут быть улучшены за счет введения графена в анод батареи и использования проводимости материала для достижения морфологической оптимизации и производительности.

Важно! Проводимость батарей на основе графена значительно выше по сравнению с остальными полупроводниковыми материалами.

Фото 2

Также было обнаружено, что создание гибридных материалов может быть полезным для улучшения качества батареи. Например, гибрид катализа оксида ванадия VO 2 и графена может быть использован на литий-ионных катодах, что обеспечивает быструю зарядку и разрядку, а также большую стойкость цикла зарядки.

Читайте также:  LiFePO4 аккумуляторы

В этом случае VO 2 обладает высокой энергоемкостью, но плохой электрической проводимостью, что можно решить, используя графен в качестве своего рода структурной «основы», на которой можно присоединить VO 2 — создавая гибридный материал, обладающий как повышенной емкостью, так и превосходной проводимостью.

Преимущества и недостатки

К списку основных преимуществ необходимо отнести:

  • Экологическую чистоту.
  • Большую удельную емкость.
  • Высокую проводимость.
  • Быструю зарядку.
  • Техническую долговечность.

Единственным недостатком АКБ является то, что изделие имеет немалые размеры. В силу этого вживить их в миниатюрные гаджеты (например, телефоны) на сегодняшний день не представляется возможным.

Фото 3

Где применяются графеновые аккумуляторы

Аккумуляторы на основе графена имеют захватывающий потенциал, и хотя они еще не полностью доступны, исследования и разработки интенсивны. Их используют многие известные компании.

В августе 2014 года, «Тесла» предложили разработку новой технологии батареи, которая будет иметь почти в два раза больше мощности для своей модели электромобиля.

Что касается телефонов, то в ноябре 2016 года компания Huawei представила новую литий-ионную батарею с графеновым покрытием, которая может оставаться работоспособной при более высокой температуре (60° градусов по сравнению с существующим пределом 50°) и предлагает более длительное время работы.

В декабре 2018 года индийская компания Log 9 Materials объявила, что работает над новым проектом, который теоретически может привести к появлению электрических транспортных средств, работающих на воде.

Перспективы технологии

По словам научных сотрудников популярных компаний, эффективность новейших аккумуляторов намного выше, чем у традиционных изделий. Кроме того, они намного быстрее восполняют энергию (за считанные минуты).

Данная технология приведет к революции в разработке электрических автомобилей, производстве смартфонов, а также портативных компьютеров и планшетов.

Остались вопросы или есть что добавить? Тогда напишите нам об этом в комментариях, это позволит сделает материал более полезным, полным и точным.

Читайте также:  Аккумуляторы Panasonic Eneloop
Понравилась статья? Поделить с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: