Grafenbaserede batterier bruges i vid udstrækning til forskellige kommercielle formål. Ydelsesforbedringen og livscyklusfordelen ved at udvikle grafenbatterier i forhold til konventionelle lithium-ion-batterier lønner sig.
Tesla Motors Ilona Mask er et velkendt eksempel på innovative virksomheder, der er aktivt involveret i forskning og kommercialisering af grafenbatterier.
Sodrezhanie
Hvad er grafenbatteri
Graphene er almindeligt kendt som "mirakuløst materiale" på grund af de mange af dets fantastiske egenskaber, det indeholder. Det er en kraftig leder af elektrisk og termisk energi, ekstremt let og fleksibelt med et stort overfladeareal. Det betragtes også som miljøvenligt og bæredygtigt med ubegrænsede muligheder for adskillige applikationer.
Interessant at vide! Grafenbatterier kan reducere miljøpåvirkningen fra batterier.
Grafen er et universelt molekyle med mange unikke og ønskelige egenskaber, og det kan bruges på forskellige måder, da der ikke er nogen universel løsning til dets anvendelse.
Det bruges til at forbedre mange af de fordele, der allerede findes i konventionelle materialer, men det hjælper også med at overvinde tidligere batteribegrænsninger, hvilket fører til øget batterilevetid eller batteriydelse.
Hvordan er produktionen
Konvertering af uorganiske forbindelser baseret på grafen og metaller, der er egnede til anvendelse, kan udføres på mange måder. Efterhånden som ny teknologi udvikler sig, opfindes ofte metoder og bruges derefter.
I en hvilken som helst metode er der altid flere måder at syntetisere selve materialet. Det ville være upraktisk at beskrive hver af dem, derfor vil en specifik metode blive overvejet her.
En ren grafenbaseret elektrode opnås ved dispergering af et grafenoxidpulver (100 mg) i destilleret vand (30 ml) og sonikering i 30 minutter. Den resulterende suspension opvarmes på en varm plade til en temperatur på 100 ° C, og derefter tilsættes 3 ml hydrazinhydrat.
Suspensionen holdes ved 98 ° C i 24 timer for at reducere grafenoxid. Reduceret grafenoxid kan opsamles ved filtrering, hvor der efterlades et sort pulver. Det filtrerede pulver vaskes derefter flere gange med destilleret vand for at reducere overskydende hydrazin.
Grafpulveret blev dispergeret i vand under anvendelse af ultralyd, og den resulterende opløsning blev derefter centrifugeret ved 4000 omdrejninger pr. Minut i 3 minutter for at fjerne større partikler. Grafen opsamles ved vakuumfiltrering og tørres i vakuum. I industriel skala producerer virksomheder fra Storbritannien, Rusland, Spanien, USA og Sydkorea det.
Princippet om betjening og enhed
Funktionsprincippet og arrangementet af grafenbatterier ligner traditionelle batterier, hvor to elektroder og en elektrolytopløsning bruges til at lette ionoverførsel. Den største forskel mellem grafenbaserede batterier og faststofbatterier er sammensætningen af en eller begge elektroder.
Ændringen ligger hovedsageligt i katoden, men det er også muligt at bruge carbon allotropes i anoden. Katoden i et konventionelt batteri består udelukkende af faste materialer, men et sammensat hybridmateriale bruges som katode i grafenbatteriet.
Specifikationer og funktioner
På batterifeltet forbedres konventionelle materialer markant med grafen. Magnesium-grafenbatteri kan være let, holdbart og velegnet til opbevaring af energi med høj kapacitet samt til at reducere opladningstiden. Det tilføjer konduktivitet uden at kræve den mængde kulstof, der bruges i konventionelle batterier.
Grafen kan forbedre batteriegenskaber såsom energitæthed og form på forskellige måder. Lithium-ion-batterier (og andre typer genopladelige batterier) kan forbedres ved at indføre grafen i batteriets anode og bruge materialeledningsevne for at opnå morfologisk optimering og ydeevne.
Vigtigt! Konduktiviteten af grafenbaserede batterier er markant højere sammenlignet med andre halvledermaterialer.
Det er også blevet opdaget, at oprettelsen af hybridmaterialer kan være nyttigt til at forbedre batterikvaliteten. F.eks. Kan en hybrid af katalyse af vanadiumoxid VO2 og grafen anvendes på lithium-ion-katoder, der tilvejebringer hurtig opladning og afladning samt større holdbarhed af ladecyklussen.
I dette tilfælde har VO 2 en høj energiintensitet, men dårlig elektrisk ledningsevne, som kan løses ved hjælp af grafen som en slags strukturel "base", hvorpå VO 2 kan fastgøres - hvilket skaber et hybridmateriale med både høj kapacitet og fremragende ledningsevne.
Fordele og ulemper
Listen over de vigtigste fordele bør omfatte:
- Økologisk renlighed.
- Stor specifik kapacitet.
- Høj ledningsevne.
- Hurtig opladning.
- Teknisk holdbarhed.
Den eneste ulempe ved batteriet er, at produktet har en betydelig størrelse. I kraft af dette er det ikke muligt at implantere dem i miniature-gadgets (for eksempel telefoner) i dag.
Hvor bruges grafenbatterier?
Grafenbaserede batterier har spændende potentiale, og selvom de endnu ikke er fuldt tilgængelige, er forskning og udvikling intens. De bruges af mange velkendte virksomheder.
I august 2014 foreslog Tesla udviklingen af en ny batteriteknologi, der vil have næsten dobbelt så meget strøm til sin elbilmodel.
Hvad angår telefoner, introducerede Huawei i november 2016 et nyt grafenovertrukket lithium-ion-batteri, der kan forblive i drift ved en højere temperatur (60 ° grader sammenlignet med den nuværende 50 ° -grænse) og giver en længere batterilevetid.
I december 2018 meddelte det indiske selskab Log 9 Materials, at det arbejdede på et nyt projekt, der teoretisk kunne føre til fremkomsten af elektriske køretøjer, der kører på vand.
Teknologiske udsigter
Ifølge forskere hos populære virksomheder er de nyeste batterier meget mere effektive end traditionelle produkter. Derudover genopfylder de energi meget hurtigere (på få minutter).
Denne teknologi vil føre til en revolution i udviklingen af elbiler, produktionen af smartphones samt bærbare computere og tablets.
Har du spørgsmål eller har noget at tilføje? Skriv derefter til os om det i kommentarerne, dette vil gøre materialet mere nyttigt, komplet og nøjagtigt.
