Las baterías a base de grafeno se utilizan ampliamente para diversos fines comerciales. La mejora del rendimiento y la ventaja del ciclo de vida del desarrollo de baterías de grafeno sobre las baterías de iones de litio convencionales vale la pena.
Tesla Motors Ilona Mask es un conocido ejemplo de empresas innovadoras que participan activamente en la investigación y comercialización de baterías de grafeno.
Contenido
¿Qué es la batería de grafeno?
El grafeno es ampliamente conocido como "material milagroso" debido a las muchas de sus increíbles propiedades que contiene. Es un potente conductor de energía eléctrica y térmica, extremadamente ligero y flexible con una gran superficie. También se considera ecológico y sostenible, con posibilidades ilimitadas para numerosas aplicaciones.
Interesante saber! Las baterías de grafeno pueden reducir el impacto ambiental de las baterías.
El grafeno es una molécula universal con muchas propiedades únicas y deseables, y se puede usar de diferentes maneras, ya que no existe una solución universal para su uso.
Se utiliza para mejorar muchos de los beneficios que ya se encuentran en los materiales convencionales, pero también ayuda a superar las limitaciones anteriores de la batería, lo que aumenta la vida útil de la batería o el rendimiento de la batería.
Como es la producción
La conversión de compuestos inorgánicos basados en grafeno y metales adecuados para su uso puede llevarse a cabo de muchas maneras. A medida que evoluciona la nueva tecnología, los métodos a menudo se inventan y posteriormente se utilizan.
En cualquier método, siempre hay varias formas de sintetizar el material en sí. No sería práctico describir cada uno de ellos, por lo tanto, aquí se considerará un método específico.
Se obtiene un electrodo a base de grafeno puro dispersando un polvo de óxido de grafeno (100 mg) en agua destilada (30 ml) y sonicación durante 30 minutos. La suspensión resultante se calienta en una placa caliente a una temperatura de 100 ° C y luego se agregan 3 ml de hidrato de hidrazina.
La suspensión se mantiene a 98 ° C durante 24 horas para reducir el óxido de grafeno. El óxido de grafeno reducido se puede recoger por filtración, dejando un polvo negro. El polvo filtrado se lava varias veces con agua destilada para reducir el exceso de hidrazina.
El polvo de grafeno se redispersó en agua usando ultrasonido, y la solución resultante se centrifugó a 4000 rpm durante 3 minutos para eliminar partículas más grandes. El grafeno se recoge por filtración al vacío y se seca al vacío. A escala industrial, lo producen empresas de Gran Bretaña, Rusia, España, Estados Unidos y Corea del Sur.
El principio de funcionamiento y dispositivo.
El principio de funcionamiento y la disposición de las baterías de grafeno son similares a las baterías tradicionales, donde se utilizan dos electrodos y una solución electrolítica para facilitar la transferencia de iones. La principal diferencia entre las baterías a base de grafeno y las baterías de estado sólido es la composición de uno o ambos electrodos.
El cambio radica principalmente en el cátodo, pero también es posible utilizar alótropos de carbono en el ánodo. El cátodo en una batería convencional consiste únicamente en materiales sólidos, pero se usa un material híbrido compuesto como cátodo en la batería de grafeno.
Especificaciones y características
En el campo de la batería, los materiales convencionales se mejoran significativamente con el grafeno. La batería de grafeno de magnesio puede ser ligera, duradera y adecuada para almacenar energía de alta capacidad, así como para reducir el tiempo de carga. Agrega conductividad sin requerir la cantidad de carbono que se usa en las baterías convencionales.
El grafeno puede mejorar las propiedades de la batería, como la densidad y la forma de la energía de varias maneras. Las baterías de iones de litio (y otros tipos de baterías recargables) pueden mejorarse introduciendo grafeno en el ánodo de la batería y utilizando la conductividad del material para lograr la optimización y el rendimiento morfológicos.
Importante! La conductividad de las baterías a base de grafeno es significativamente mayor en comparación con otros materiales semiconductores.
También se ha descubierto que la creación de materiales híbridos puede ser útil para mejorar la calidad de la batería. Por ejemplo, un híbrido de catálisis de óxido de vanadio VO 2 y grafeno se puede usar en cátodos de iones de litio, lo que proporciona carga y descarga rápidas, así como una mayor durabilidad del ciclo de carga.
En este caso, el VO 2 tiene una alta intensidad de energía, pero poca conductividad eléctrica, que se puede resolver usando grafeno como una especie de "base" estructural sobre la cual se puede unir el VO 2, creando un material híbrido con alta capacidad y excelente conductividad.
Ventajas y desventajas.
La lista de ventajas principales debe incluir:
- Limpieza ecológica.
- Gran capacidad específica.
- Alta conductividad
- Carga rapida.
- Durabilidad técnica
El único inconveniente de la batería es que el producto tiene un tamaño considerable. En virtud de esto, implantarlos en dispositivos en miniatura (por ejemplo, teléfonos) hoy en día no es posible.
¿Dónde se usan las baterías de grafeno?
Las baterías a base de grafeno tienen un potencial emocionante, y aunque todavía no están completamente disponibles, la investigación y el desarrollo son intensos. Son utilizados por muchas empresas conocidas.
En agosto de 2014, Tesla propuso el desarrollo de una nueva tecnología de batería que tendrá casi el doble de energía para su modelo de automóvil eléctrico.
En cuanto a los teléfonos, en noviembre de 2016, Huawei presentó una nueva batería de iones de litio recubierta de grafeno que puede permanecer operativa a una temperatura más alta (60 ° en comparación con el límite existente de 50 °) y ofrece una mayor duración de la batería.
En diciembre de 2018, la empresa india Log 9 Materials anunció que estaba trabajando en un nuevo proyecto que, en teoría, podría conducir a la aparición de vehículos eléctricos que funcionan con agua.
Perspectiva tecnológica
Según investigadores de compañías populares, las últimas baterías son mucho más eficientes que los productos tradicionales. Además, reponen energía mucho más rápido (en minutos).
Esta tecnología conducirá a una revolución en el desarrollo de automóviles eléctricos, la producción de teléfonos inteligentes, así como computadoras portátiles y tabletas.
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