Les bateries basades en grafè són molt utilitzades per a diversos fins comercials. La millora del rendiment i l'avantatge del cicle de vida de desenvolupar bateries basades en grafeno en les bateries convencionals d'ions de liti rendeixen compte.
Tesla Motors Ilona Mask és un conegut exemple d'empreses innovadores que participen activament en la investigació i la comercialització de bateries de grafè.
Contingut
Què és la bateria de grafè
El grafè és àmpliament conegut com a "material miraculós" per les moltes de les seves sorprenents propietats que conté. És un potent conductor d’energia elèctrica i tèrmica, extremadament lleuger i flexible amb una gran superfície. També es considera ecològic i sostenible, amb possibilitats il·limitades per a nombroses aplicacions.
Interessant saber-ho! Les bateries de grafè poden reduir l’impacte ambiental de les bateries.
El grafè és una molècula universal amb moltes propietats úniques i desitjables, i es pot utilitzar de maneres diferents, ja que no hi ha cap solució universal per al seu ús.
S'utilitza per millorar molts dels avantatges que ja es troben en materials convencionals, però també ajuda a superar les limitacions anteriors de la bateria, cosa que comporta una major durada de la bateria o el rendiment de la bateria.
Com és la producció
La conversió de compostos inorgànics a base de grafeno i metalls adequats per a l'ús es pot dur a terme de moltes maneres. A mesura que evoluciona la nova tecnologia, sovint s’inventen mètodes i s’utilitzen posteriorment.
En qualsevol mètode, hi ha sempre diverses maneres de sintetitzar el propi material. No seria pràctic descriure cadascun d’ells, per tant, es considerarà un mètode específic aquí.
S’obté un elèctrode basat en grafè pur mitjançant la dispersió d’un pols d’òxid de grafè (100 mg) en aigua destil·lada (30 ml) i la sonicació durant 30 minuts. La suspensió resultant s'escalfa en una placa calenta fins a una temperatura de 100 ° C i s'hi afegeixen 3 ml d'hidrazina hidratada.
La suspensió es manté a 98 ° C durant 24 hores per reduir l’òxid de grafè. L'òxid de grafè reduït es pot recollir mitjançant filtració, deixant una pols negra. La pols filtrada es renta diverses vegades amb aigua destil·lada per reduir l’excés d’hidrazina.
La pols de grafè es va redispersar en aigua mitjançant ultrasons i la solució resultant es va centrifugar a 4.000 rpm durant 3 minuts per eliminar partícules més grans. El grafeno es recull per filtració al buit i s’asseca al buit. A escala industrial, hi produeixen empreses de Gran Bretanya, Rússia, Espanya, els EUA i Corea del Sud.
El principi de funcionament i dispositiu
El principi de funcionament i la disposició de les bateries de grafè són similars a les bateries tradicionals, on s’utilitzen dos elèctrodes i una solució d’electròlits per facilitar la transferència d’ions. La diferència principal entre les bateries basades en grafè i les bateries d'estat sòlid és la composició d'un o dels dos elèctrodes.
El canvi recau principalment en el càtode, però també és possible utilitzar al·lotròpics de carboni a l’ànode. El càtode d'una bateria convencional consisteix exclusivament en materials sòlids, però es fa servir un material híbrid compost com a càtode a la bateria de grafè.
Especificacions i característiques
En el camp de la bateria, els materials convencionals es milloren significativament amb el grafè. La bateria de grafè de magnesi pot ser lleugera, duradora i adequada per emmagatzemar energia d'alta capacitat, així com per reduir el temps de càrrega. Afegeix conductivitat sense requerir la quantitat de carboni que s’utilitza en les bateries convencionals.
El grafè pot millorar les propietats de la bateria, com la densitat i la forma d'energia de diverses maneres. Les bateries d’ions de liti (i altres tipus de bateries recarregables) es poden millorar mitjançant la introducció de grafè a l’ànode de la bateria i utilitzant la conductivitat del material per aconseguir una optimització i un rendiment morfològics.
Important! La conductivitat de les bateries basades en grafè és significativament superior en comparació amb altres materials semiconductors.
També s’ha descobert que la creació de materials híbrids pot ser útil per millorar la qualitat de la bateria. Per exemple, es pot utilitzar una hibridació de la catàlisi de l’òxid de vanadi VO 2 i el grafè en càtodes d’ions de liti, que proporcionen una ràpida càrrega i descàrrega, així com una major durabilitat del cicle de càrrega.
En aquest cas, VO 2 té una intensitat energètica elevada, però una conductivitat elèctrica deficient, que es pot resoldre utilitzant el grafè com una espècie de "base" estructural sobre la qual es pot unir VO 2: creant un material híbrid amb una alta capacitat i una conductivitat excel·lent.
Avantatges i desavantatges
La llista dels principals avantatges ha d’incloure:
- Neteja ecològica
- Gran capacitat específica.
- Alta conductivitat.
- Càrrega ràpida
- Durabilitat tècnica.
L’únic inconvenient de la bateria és que el producte té una mida considerable. En virtut d'això, no és possible implantar-los en aparells en miniatura (per exemple, telèfons).
On s’utilitzen les bateries de grafeno?
Les bateries basades en grafè tenen un potencial excitant i, tot i que encara no estan plenament disponibles, la investigació i el desenvolupament són intensos. Són utilitzats per moltes empreses conegudes.
A l'agost de 2014, Tesla va proposar el desenvolupament d'una nova tecnologia de bateries, que tindrà gairebé el doble de potència per al seu model de cotxe elèctric.
Pel que fa als telèfons, el novembre de 2016, Huawei va introduir una nova bateria d’ió de liti recoberta de grafeni que pot mantenir-se en funcionament a una temperatura més elevada (60 º graus en comparació amb el límit existent de 50 º) i que ofereix una durada de bateria més llarga.
El desembre de 2018, l’empresa índia Log 9 Materials va anunciar que estava treballant en un nou projecte que teòricament podria conduir a l’aparició de vehicles elèctrics que circulen sobre l’aigua.
Perspectiva tecnològica
Segons investigadors de companyies populars, les bateries més recents són molt més eficients que els productes tradicionals. A més, reposen l’energia molt més ràpidament (en pocs minuts).
Aquesta tecnologia provocarà una revolució en el desenvolupament de cotxes elèctrics, la producció de telèfons intel·ligents, així com ordinadors portàtils i tauletes.
Teniu preguntes o teniu alguna cosa a afegir? A continuació, escriviu-nos sobre els comentaris, això farà que el material sigui més útil, complet i exacte.
