Les batteries à base de graphène sont largement utilisées à diverses fins commerciales. Améliorer les performances et l'avantage du cycle de vie du développement de batteries à base de graphène par rapport aux batteries lithium-ion conventionnelles est payant.
Tesla Motors Ilona Mask est un exemple bien connu d'entreprises innovantes activement impliquées dans la recherche et la commercialisation de batteries au graphène.
Le contenu
Qu'est-ce qu'une batterie au graphène?
Le graphène est largement connu comme "matériau miraculeux" en raison des nombreuses propriétés étonnantes qu'il contient. C'est un puissant conducteur d'énergie électrique et thermique, extrêmement léger et flexible avec une grande surface. Il est également considéré comme respectueux de l'environnement et durable, avec des possibilités illimitées pour de nombreuses applications.
Intéressant à savoir! Les batteries au graphène peuvent réduire l'impact environnemental des batteries.
Le graphène est une molécule universelle avec de nombreuses propriétés uniques et souhaitables, et il peut être utilisé de différentes manières, car il n'existe pas de solution universelle pour son utilisation.
Il est utilisé pour améliorer de nombreux avantages déjà trouvés dans les matériaux conventionnels, mais il permet également de surmonter les limitations précédentes de la batterie, ce qui entraîne une augmentation de la durée de vie ou des performances de la batterie.
Comment est la production
La conversion de composés inorganiques à base de graphène et de métaux utilisables peut être réalisée de nombreuses manières. À mesure que la nouvelle technologie évolue, les méthodes sont souvent inventées et utilisées par la suite.
Dans toute méthode, il existe toujours plusieurs façons de synthétiser le matériau lui-même. Il ne serait pas pratique de décrire chacun d'eux, par conséquent, une méthode spécifique sera considérée ici.
Une électrode à base de graphène pur est obtenue en dispersant une poudre d'oxyde de graphène (100 mg) dans de l'eau distillée (30 ml) et une sonication pendant 30 minutes. La suspension résultante est chauffée sur une plaque chauffante à une température de 100 ° C puis 3 ml d'hydrate d'hydrazine sont ajoutés.
La suspension est maintenue à 98 ° C pendant 24 heures pour réduire l'oxyde de graphène. L'oxyde de graphène réduit peut être collecté par filtration, laissant une poudre noire. La poudre filtrée est ensuite lavée plusieurs fois à l'eau distillée pour réduire l'excès d'hydrazine.
La poudre de graphène a été redispersée dans de l'eau en utilisant des ultrasons, et la solution résultante a ensuite été centrifugée à 4000 tr / min pendant 3 minutes pour éliminer les particules plus grosses. Le graphène est recueilli par filtration sous vide et séché sous vide. À l'échelle industrielle, des entreprises de Grande-Bretagne, de Russie, d'Espagne, des États-Unis et de Corée du Sud le produisent.
Le principe de fonctionnement et d'appareil
Le principe de fonctionnement et la disposition des batteries au graphène sont similaires aux batteries traditionnelles, où deux électrodes et une solution d'électrolyte sont utilisées pour faciliter le transfert d'ions. La principale différence entre les batteries à base de graphène et les batteries à semi-conducteurs est la composition d'une ou des deux électrodes.
Le changement réside principalement dans la cathode, mais il est également possible d'utiliser des allotropes de carbone dans l'anode. La cathode dans une batterie conventionnelle se compose uniquement de matériaux solides, mais un matériau hybride composite est utilisé comme cathode dans la batterie au graphène.
Spécifications et caractéristiques
Dans le domaine des batteries, les matériaux conventionnels sont considérablement améliorés avec le graphène. La batterie au magnésium graphène peut être légère, durable et adaptée au stockage d'énergie de grande capacité, ainsi qu'à la réduction du temps de charge. Il ajoute de la conductivité sans nécessiter la quantité de carbone utilisée dans les batteries conventionnelles.
Le graphène peut améliorer les propriétés de la batterie telles que la densité d'énergie et la forme de diverses manières. Les batteries au lithium-ion (et d'autres types de batteries rechargeables) peuvent être améliorées en introduisant du graphène dans l'anode de la batterie et en utilisant la conductivité du matériau pour obtenir une optimisation morphologique et des performances.
Important! La conductivité des batteries à base de graphène est nettement supérieure à celle d'autres matériaux semi-conducteurs.
Il a également été découvert que la création de matériaux hybrides peut être utile pour améliorer la qualité de la batterie. Par exemple, une hybridation de la catalyse de l'oxyde de vanadium VO 2 et du graphène peut être utilisée sur les cathodes lithium-ion, ce qui permet une charge et une décharge rapides, ainsi qu'une plus grande durabilité du cycle de charge.
Dans ce cas, VO 2 a une intensité énergétique élevée, mais une mauvaise conductivité électrique, qui peut être résolue en utilisant du graphène comme une sorte de "base" structurelle sur laquelle VO 2 peut être fixée - créant un matériau hybride à la fois à haute capacité et excellente conductivité.
Avantages et inconvénients
La liste des principaux avantages devrait comprendre:
- Propreté écologique.
- Grande capacité spécifique.
- Haute conductivité.
- Charge rapide.
- Durabilité technique.
Le seul inconvénient de la batterie est que le produit a une taille considérable. De ce fait, leur implantation dans des gadgets miniatures (par exemple, des téléphones) n'est pas possible aujourd'hui.
Où sont utilisées les batteries au graphène?
Les batteries à base de graphène ont un potentiel intéressant, et bien qu'elles ne soient pas encore entièrement disponibles, la recherche et le développement sont intenses. Ils sont utilisés par de nombreuses sociétés bien connues.
En août 2014, Tesla a proposé le développement d'une nouvelle technologie de batterie, qui aura presque deux fois plus de puissance pour son modèle de voiture électrique.
En ce qui concerne les téléphones, en novembre 2016, Huawei a introduit une nouvelle batterie lithium-ion revêtue de graphène qui peut rester opérationnelle à une température plus élevée (60 ° degrés par rapport à la limite actuelle de 50 °) et offre une durée de vie de la batterie plus longue.
En décembre 2018, la société indienne Log 9 Materials a annoncé qu'elle travaillait sur un nouveau projet qui pourrait théoriquement conduire à l'émergence de véhicules électriques fonctionnant sur l'eau.
Perspectives technologiques
Selon des chercheurs d'entreprises populaires, les dernières batteries sont beaucoup plus efficaces que les produits traditionnels. De plus, ils reconstituent l'énergie beaucoup plus rapidement (en quelques minutes).
Cette technologie entraînera une révolution dans le développement des voitures électriques, la production de smartphones, ainsi que les ordinateurs portables et tablettes.
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