Οι μπαταρίες με βάση το γραφίνο χρησιμοποιούνται ευρέως για διάφορους εμπορικούς σκοπούς. Η βελτίωση της απόδοσης και του πλεονεκτήματος κύκλου ζωής της ανάπτυξης μπαταριών γραφένιου έναντι των συμβατικών μπαταριών ιόντων λιθίου αποδίδει.
Tesla Motors Η Ilona Mask είναι ένα πολύ γνωστό παράδειγμα καινοτόμων εταιρειών που συμμετέχουν ενεργά στην έρευνα και την εμπορευματοποίηση των μπαταριών graphene.
Περιεχόμενο
Τι είναι μπαταρία graphene
Το Graphene είναι ευρέως γνωστό ως "θαυμαστό υλικό" λόγω των πολλών από τις εκπληκτικές του ιδιότητες που περιέχει. Είναι ένας ισχυρός αγωγός ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας, εξαιρετικά ελαφρύς και ευέλικτος, με μεγάλη επιφάνεια. Θεωρείται επίσης φιλική προς το περιβάλλον και βιώσιμη, με απεριόριστες δυνατότητες για πολλές εφαρμογές.
Ενδιαφέρον για να ξέρετε! Οι μπαταρίες Graphene μπορούν να μειώσουν τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις των μπαταριών.
Το Graphene είναι ένα καθολικό μόριο με πολλές μοναδικές και επιθυμητές ιδιότητες και μπορεί να χρησιμοποιηθεί με διαφορετικούς τρόπους, καθώς δεν υπάρχει καθολική λύση για τη χρήση του.
Χρησιμοποιείται για τη βελτίωση πολλών από τα πλεονεκτήματα που έχουν ήδη βρεθεί στα συμβατικά υλικά, αλλά βοηθά επίσης να ξεπεραστούν οι παλαιότεροι περιορισμοί της μπαταρίας, γεγονός που οδηγεί σε αυξημένη διάρκεια ζωής της μπαταρίας ή απόδοση μπαταρίας.
Πώς είναι η παραγωγή
Η μετατροπή ανόργανων ενώσεων που βασίζονται σε γραφένιο και μέταλλα κατάλληλα για χρήση μπορεί να πραγματοποιηθεί με πολλούς τρόπους. Καθώς εξελίσσεται η νέα τεχνολογία, οι μέθοδοι συχνά εφευρίσκονται και στη συνέχεια χρησιμοποιούνται.
Σε οποιαδήποτε μέθοδο, υπάρχουν πάντα διάφοροι τρόποι να συνθέσουμε το ίδιο το υλικό. Δεν θα ήταν πρακτικό να περιγράψουμε καθένα από αυτά, επομένως, θα εξεταστεί εδώ μια συγκεκριμένη μέθοδος.
Ένα ηλεκτρόδιο με καθαρό γκράφιο αποκτάται με διασπορά σκόνης οξειδίου του γορφενίου (100 mg) σε αποσταγμένο νερό (30 ml) και υπερήχων για 30 λεπτά. Το προκύπτον εναιώρημα θερμαίνεται σε θερμή πλάκα σε θερμοκρασία 100 ° C και στη συνέχεια προστίθενται 3 ml ένυδρης υδραζίνης.
Το εναιώρημα διατηρείται στους 98 ° C για 24 ώρες για να μειωθεί το οξείδιο του γραφένιου. Το μειωμένο οξείδιο του γραφενίου μπορεί να συλλεχθεί με διήθηση αφήνοντας μια μαύρη σκόνη. Η διηθημένη σκόνη στη συνέχεια πλένεται αρκετές φορές με απεσταγμένο νερό για να μειωθεί η περίσσεια υδραζίνης.
Η σκόνη του γραφενίου επαναδιασπώθηκε σε νερό χρησιμοποιώντας υπερήχους και το προκύπτον διάλυμα στη συνέχεια φυγοκεντρήθηκε στις 4000 rpm για 3 λεπτά για να απομακρυνθούν τα μεγαλύτερα σωματίδια. Το Graphene συλλέγεται με διήθηση υπό κενό και ξηραίνεται υπό κενό. Σε βιομηχανική κλίμακα, παράγονται από τη Μεγάλη Βρετανία, τη Ρωσία, την Ισπανία, τις ΗΠΑ και τη Νότια Κορέα.
Η αρχή της λειτουργίας και της συσκευής
Η αρχή της λειτουργίας και η διάταξη μπαταριών graphene είναι παρόμοιες με τις παραδοσιακές μπαταρίες, όπου χρησιμοποιούνται δύο ηλεκτρόδια και ένα διάλυμα ηλεκτρολύτη για τη διευκόλυνση της μεταφοράς ιόντων. Η κύρια διαφορά μεταξύ μπαταριών που βασίζονται σε γραφένιο και συσσωρευτών στερεάς κατάστασης είναι η σύνθεση ενός ή και των δύο ηλεκτροδίων.
Η αλλαγή βρίσκεται κυρίως στην κάθοδο, αλλά είναι επίσης δυνατό να χρησιμοποιηθούν αλλοτρόπα άνθρακα στην άνοδο. Η κάθοδος σε μια συμβατική μπαταρία αποτελείται αποκλειστικά από στερεά υλικά, αλλά ένα σύνθετο υβριδικό υλικό χρησιμοποιείται ως κάθοδος στη μπαταρία του graphene.
Προδιαγραφές και χαρακτηριστικά
Στο πεδίο της μπαταρίας, τα συμβατικά υλικά βελτιώνονται σημαντικά με το graphene. Η μπαταρία μαγνησίου graphene μπορεί να είναι ελαφριά, ανθεκτική και κατάλληλη για την αποθήκευση ενέργειας υψηλής χωρητικότητας, καθώς και για τη μείωση του χρόνου φόρτισης. Προσθέτει αγωγιμότητα χωρίς να απαιτείται η ποσότητα άνθρακα που χρησιμοποιείται στις συμβατικές μπαταρίες.
Το Graphene μπορεί να βελτιώσει τις ιδιότητες των μπαταριών όπως η ενεργειακή πυκνότητα και το σχήμα με διάφορους τρόπους. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου (και άλλοι τύποι επαναφορτιζόμενων μπαταριών) μπορούν να βελτιωθούν με την εισαγωγή γραφθένιου στην άνοδο της μπαταρίας και τη χρήση αγωγιμότητας υλικών για την επίτευξη μορφολογικής βελτιστοποίησης και απόδοσης.
Σημαντικό! Η αγωγιμότητα των μπαταριών με βάση το γκφένη είναι σημαντικά υψηλότερη σε σύγκριση με άλλα υλικά ημιαγωγών.
Έχει επίσης ανακαλυφθεί ότι η δημιουργία υβριδικών υλικών μπορεί να είναι χρήσιμη για τη βελτίωση της ποιότητας της μπαταρίας. Για παράδειγμα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα υβρίδιο κατάλυσης του οξειδίου του βαναδίου VO 2 και του graphene σε κάθοδο ιόντων λιθίου, το οποίο παρέχει γρήγορη φόρτιση και εκφόρτιση, καθώς και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής του κύκλου φόρτισης.
Σε αυτή την περίπτωση, το VO 2 έχει υψηλή ενεργειακή ένταση, αλλά κακή ηλεκτρική αγωγιμότητα, η οποία μπορεί να λυθεί χρησιμοποιώντας graphene ως ένα είδος δομικής "βάσης" πάνω στο οποίο μπορεί να συνδεθεί το VO 2 - δημιουργώντας ένα υβριδικό υλικό με υψηλή χωρητικότητα και εξαιρετική αγωγιμότητα.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
Ο κατάλογος των βασικών πλεονεκτημάτων πρέπει να περιλαμβάνει:
- Οικολογική καθαριότητα.
- Μεγάλη ειδική χωρητικότητα.
- Υψηλή αγωγιμότητα.
- Γρήγορη φόρτιση.
- Τεχνική ανθεκτικότητα.
Το μόνο μειονέκτημα της μπαταρίας είναι ότι το προϊόν έχει σημαντικό μέγεθος. Εξαιτίας αυτού, η εμφύτευσή τους σε μικροσκοπικά gadget (για παράδειγμα, τηλέφωνα) σήμερα δεν είναι δυνατή.
Πού χρησιμοποιούνται μπαταρίες γραφένιου;
Οι μπαταρίες με βάση το Graphene έχουν συναρπαστικό δυναμικό και παρόλο που δεν είναι ακόμη πλήρως διαθέσιμες, η έρευνα και η ανάπτυξη είναι έντονες. Χρησιμοποιούνται από πολλές γνωστές εταιρείες.
Τον Αύγουστο του 2014, ο Tesla πρότεινε την ανάπτυξη μιας νέας τεχνολογίας μπαταριών που θα έχει σχεδόν διπλάσια ισχύ για το μοντέλο του ηλεκτρικού αυτοκινήτου.
Όσον αφορά τα τηλέφωνα, τον Νοέμβριο του 2016, η Huawei εισήγαγε μια νέα μπαταρία ιόντων λιθίου με επικάλυψη με γραφίνο, η οποία μπορεί να παραμείνει λειτουργική σε υψηλότερη θερμοκρασία (60 ° σε σχέση με το υπάρχον όριο 50 °) και προσφέρει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
Τον Δεκέμβριο του 2018, η ινδική εταιρεία Log 9 Materials ανακοίνωσε ότι εργάζεται σε ένα νέο έργο που θα μπορούσε θεωρητικά να οδηγήσει στην εμφάνιση ηλεκτρικών οχημάτων που τρέχουν με νερό.
Τεχνολογικές προοπτικές
Σύμφωνα με τους ερευνητές σε δημοφιλείς εταιρείες, οι πιο πρόσφατες μπαταρίες είναι πολύ πιο αποδοτικές από τα παραδοσιακά προϊόντα. Επιπλέον, αναπληρώνουν την ενέργεια πολύ πιο γρήγορα (σε λεπτά).
Αυτή η τεχνολογία θα οδηγήσει σε μια επανάσταση στην ανάπτυξη των ηλεκτρικών αυτοκινήτων, την παραγωγή smartphones, καθώς και φορητούς υπολογιστές και ταμπλέτες.
Έχετε ερωτήσεις ή έχετε κάτι να προσθέσετε; Στη συνέχεια, γράψτε μας σχετικά με τα σχόλια, αυτό θα κάνει το υλικό πιο χρήσιμο, πλήρες και ακριβές.
