Grafeno baterijos

Grafeno pagrindu pagamintos baterijos yra plačiai naudojamos įvairiems komerciniams tikslams. Grafeno pagrindu pagamintų akumuliatorių, palyginti su įprastomis ličio jonų baterijomis, našumo ir būvio ciklo pranašumų pagerėjimas atsiperka.

„Tesla Motors Ilona Mask“ yra gerai žinomas novatoriškų kompanijų, aktyviai dalyvaujančių grafeno baterijų tyrimuose ir komercializavime, pavyzdys.

Kas yra grafeno baterija

Grapenas yra žinomas kaip „stebuklinga medžiaga“ dėl daugybės nuostabių savybių, kurias jis turi. Tai yra galingas elektros ir šiluminės energijos laidininkas, ypač lengvas ir lankstus, turėdamas didelį paviršiaus plotą. Jis taip pat laikomas ekologišku ir tausojančiu, turėdamas neribotas galimybes daugybei pritaikymų.

Įdomu žinoti! Grafeno baterijos gali sumažinti baterijų poveikį aplinkai.

Grafenas yra universali molekulė, turinti daugybę unikalių ir pageidaujamų savybių, todėl ji gali būti naudojama skirtingais būdais, nes nėra universalaus jo naudojimo sprendimo.

Jis naudojamas norint pagerinti daugelį privalumų, kuriuos jau galima rasti įprastose medžiagose, tačiau jis taip pat padeda įveikti ankstesnius akumuliatorių apribojimus, todėl padidėja akumuliatoriaus veikimo laikas arba jo našumas.

Kaip vyksta gamyba

Neorganinių junginių, pagamintų grafeno ir metalų pagrindu, pavertimas tinkamais naudoti gali būti atliekamas įvairiais būdais. Tobulėjant naujai technologijai, metodai dažnai yra sugalvojami ir vėliau naudojami.

Bet kuriame metode visada yra keletas būdų, kaip susintetinti pačią medžiagą. Kiekvieną iš jų apibūdinti būtų nepraktiška, todėl čia bus svarstomas vienas konkretus metodas.

Grynas grafeno pagrindu pagamintas elektrodas gaunamas disperguojant grafeno oksido miltelius (100 mg) distiliuotame vandenyje (30 ml) ir ultragarsu apdorojant 30 minučių. Gauta suspensija kaitinama ant karštos plokštelės iki 100 ° C temperatūros, po to pridedama 3 ml hidrazino hidrato.

Suspensija 24 valandas palaikoma 98 ° C temperatūroje, kad sumažėtų grafeno oksidas. Sumažintą grafeno oksidą galima surinkti filtruojant, paliekant juodus miltelius. Filtruoti milteliai keletą kartų plaunami distiliuotu vandeniu, kad sumažėtų hidrazino perteklius.

Grafeno milteliai buvo ištirpinti vandenyje naudojant ultragarsą, o gautas tirpalas 3 minutes buvo centrifuguojamas esant 4000 aps./min., Kad būtų pašalintos didesnės dalelės. Grafenas surenkamas filtruojant vakuume ir išdžiovinamas vakuume. Pramoniniu mastu jį gamina Didžiosios Britanijos, Rusijos, Ispanijos, JAV ir Pietų Korėjos įmonės.

Veikimo principas ir prietaisas

Grafeno akumuliatorių veikimo principas ir išdėstymas yra panašūs į tradicinius akumuliatorius, kur jonų perdavimui palengvinti naudojami du elektrodai ir elektrolito tirpalas. Pagrindinis grafeno baterijų ir kietojo kūno baterijų skirtumas yra vieno ar abiejų elektrodų sudėtis.

Pokytis daugiausia vyksta katode, tačiau anode taip pat galima naudoti anglies alotropus. Įprastoje baterijoje esantis katodas susideda tik iš kietų medžiagų, tačiau kompozicinė hibridinė medžiaga naudojama kaip katodas grafeno baterijoje.

Specifikacijos ir savybės

Baterijų srityje įprastos medžiagos yra žymiai patobulintos naudojant grafeną. Magnio grafeno baterija gali būti lengva, ilgaamžė ir tinkama didelės talpos energijai kaupti, taip pat sumažinti įkrovimo laiką. Tai padidina laidumą, nereikalaujant anglies kiekio, kuris naudojamas įprastose baterijose.

Grafenas gali pagerinti akumuliatoriaus savybes, tokias kaip energijos tankis ir forma, įvairiais būdais. Ličio jonų baterijas (ir kitų tipų įkraunamas baterijas) galima patobulinti įvedant grafeną į akumuliatoriaus anodą ir naudojant medžiagos laidumą, norint pasiekti morfologinį optimizavimą ir našumą.

Svarbu! Grafeno baterijų laidumas yra žymiai didesnis, palyginti su kitomis puslaidininkinėmis medžiagomis.

Taip pat buvo nustatyta, kad hibridinių medžiagų kūrimas gali būti naudingas gerinant akumuliatorių kokybę. Pvz., Ličio jonų katoduose gali būti naudojamas vanadžio oksido VO 2 ir grafeno katalizės hibridas, kuris užtikrina greitą įkrovimą ir iškrovimą, taip pat didesnį įkrovimo ciklo patvarumą.

Šiuo atveju VO 2 turi aukštą energijos intensyvumą, tačiau silpną elektros laidumą, kurį galima išspręsti naudojant grafeną kaip tam tikrą konstrukcinį „pagrindą“, ant kurio galima tvirtinti VO 2 - sukuriant hibridinę medžiagą, pasižyminčią dideliu pajėgumu ir puikiu laidumu.

Privalumai ir trūkumai

Pagrindinių privalumų sąrašą turėtų sudaryti:

• Ekologinė švara.
• Didelė specifinė talpa.
• Aukštas laidumas.
• Greitas įkrovimas.
• Techninis patvarumas.

Vienintelis akumuliatoriaus trūkumas yra tas, kad produktas turi nemažą dydį. Dėl šios priežasties šiandien jų implantuoti į miniatiūrinius įtaisus (pavyzdžiui, telefonus) neįmanoma.

Kur naudojamos grafeno baterijos?

Grafeno pagrindu pagamintos baterijos turi įdomų potencialą ir, nors jų dar nėra iki galo, tyrimai ir plėtra yra intensyvūs. Juos naudoja daugelis gerai žinomų kompanijų.

2014 m. Rugpjūčio mėn. „Tesla“ pasiūlė sukurti naują akumuliatorių technologiją, kuri savo elektromobilio modeliui suvartos beveik dvigubai daugiau energijos.

Kalbant apie telefonus, 2016 m. Lapkričio mėn. „Huawei“ pristatė naują, grafenu dengtą ličio jonų akumuliatorių, kuris gali veikti toliau esant aukštesnei temperatūrai (60 ° laipsnių, palyginti su esama 50 ° riba) ir pasižymintis ilgesne baterijos veikimo trukme.

2018 m. Gruodžio mėn. Indijos įmonė „Log 9 Materials“ paskelbė, kad dirba prie naujo projekto, kuris teoriškai galėtų paskatinti elektrinių transporto priemonių, važiuojančių vandeniu, atsiradimą.

Technologijų perspektyva

Pasak populiarių kompanijų tyrėjų, naujausios baterijos yra daug efektyvesnės nei tradiciniai produktai. Be to, jie daug greičiau (minutėmis) pasipildo energija.

Ši technologija paskatins revoliuciją kuriant elektrinius automobilius, gaminant išmaniuosius telefonus, taip pat nešiojamuosius kompiuterius ir planšetinius kompiuterius.

Turite klausimų ar turite ką pridurti? Tada parašykite mums apie tai komentaruose, tai medžiaga taps naudingesnė, išsamesnė ir tikslesnė.