Čo sú to grafénové batérie

Snáď vo veľmi blízkej budúcnosti sa hegemónia lítium-iónových batérií skončí, pretože na scénu vstupuje nový typ batérií - grafén. Poďme sa teda bližšie pozrieť na grafénové batérie a zistíme, aké majú vlastnosti a prečo sú také dobré.

Čo je to grafén

Najskôr si povedzme pár slov o materiáli, ako je grafén. Tento materiál umelo získali ešte v roku 2004 ruskí vedci a je filmovou štruktúrou vytvorenou z atómov uhlíka.

Jednoducho povedané, grafén je rovina grafitu, oddelená od všeobecnej štruktúry materiálu. V tomto prípade sú atómy usporiadané tak, že sa vytvorí šesťuholníková kryštalická mriežka.

Vytvorená látka je zároveň taká hustá, že má zvýšený stupeň tuhosti a kolosálnu rezervu tepelnej vodivosti.

V tomto prípade sa elektróny môžu voľne pohybovať po štruktúre filmu, čo otvára široké možnosti pre zavedenie nového materiálu do polovodičových obvodov.

Grafén a batérie

Prvá oblasť, kde sa rozhodlo o použití grafénu, je výroba autobatérií.

V prvých pokusoch sa grafén kombinoval s lítiom, ale ako ukázala prax, ukázalo sa to ako nesprávne rozhodnutie. Je to preto, že lítium je mimoriadne agresívna látka a lítium pri kontakte s vodou exploduje.

Preto odmietli inštalovať také úpravy batérií na elektrické vozidlá, pretože v prípade nehody a poškodenia batérie bola veľmi vysoká pravdepodobnosť požiaru.

Tiež na výrobu takýchto batérií bolo potrebné veľké množstvo lítia, čo je drahý kov.

Preto sa rozhodlo hľadať alternatívu k lítiu a naraz sa našli dve možnosti:

1. Americký model. Zdrojom reakcie je podľa nej už kobalt-lítium a kompozitná katóda zo silikónových a grafénových dosiek.

2. Ruský model. Tam, kde sa používa modifikácia horčík-grafén, kde bola anóda lítnej soli úspešne nahradená oxidom horečnatým (oveľa bežnejšia a lacnejšia látka).

Ale aj napriek rôznym prístupom sú výhody a nevýhody grafénových batérií rovnaké.

Výhody a nevýhody grafénových batérií

Ak porovnáme klasické lítium-iónové batérie s grafénom, tieto majú nasledujúce výhody:

- Grafén sa vyrába z ľahko dostupných a lacných surovín.

- Vyrobený materiál je veľmi ľahký. Jeden meter štvorcový grafénu teda váži iba 1 gram, čo vám umožňuje výrazne znížiť hmotnosť batérie.

- Ochrancovia životného prostredia môžu pokojne spať, pretože grafén je šetrný k životnému prostrediu.

- Grafén má zvýšenú pevnosť a odolnosť proti vode.

- Poškodené povrchové plochy sa dajú ľahko obnoviť.

- Vodivosť grafénu je výrazne vyššia ako vodivosť ktoréhokoľvek iného vodiča (samozrejme, momentálne).

- Zvýšená špecifická kapacita. Napríklad auto s nainštalovanou grafénovou batériou je schopné na jedno nabitie prejsť až 1 000 kilometrov. kilometrov.

- Kapacita grafénových batérií sa neznižuje v dôsledku častých cyklov vybíjania a nabíjania.

- Plná doba nabíjania je iba 8 minút.

Ako vidíte, plusy sú iba vagón a malý vozík, existujú však aj nevýhody, a to:

- Grafén má pomerne nízku hustotu, takže pri jeho použití stále existujú značné obmedzenia. Napríklad mobilný telefón s grafénovou batériou by bol predimenzovaný.

Ako funguje grafénová batéria

V skutočnosti sa štruktúra grafénovej batérie príliš nelíši od štruktúry lítium-iónovej batérie s tuhým elektrolytom. Jediná vec je, že v prípade grafénu je katóda vyrobená z uhoľného koksu, a to kvôli skutočnosti, že je jeho chemická látka. zloženie je podobné čistému uhlíku a grafit sa nahradí grafénom.

Aby sa zvýšila kapacita batérie, inžinieri pridali medzi grafénové vrstvy časti kremíka. A aby sa zvýšila rýchlosť nabíjania, boli v grafénových doskách vyrobené malé otvory s priemerom 15 až 20 nanometrov.

To je všetko, inak ide o bežnú batériu.

Záver

Grafénové batérie si bezpochyby nájdu svoje miesto a je dosť možné, že úplne nahradia lítium-iónové batérie zo svojho podstavca, ale kým sa dostanú na široký trh, je o tom ešte skoro hovoriť. No, ak sa vám článok páčil, potom zdvihnite palce a prihláste sa na odber. A ešte zaujímavejšie a užitočnejšie nájdete na mojej stránkekde sú články uverejnené o niečo skôr.