Baterije na bazi grafena široko se koriste u razne komercijalne svrhe. Poboljšanje performansi i životnog ciklusa razvoja baterija koje se temelje na grafenu u odnosu na uobičajene litij-ionske baterije isplatilo se.
Tesla Motors Ilona Mask poznati je primjer inovativnih tvrtki koje se aktivno bave istraživanjem i komercijalizacijom grafenskih baterija.
Sodrezhanie
Što je grafenska baterija
Graphene je nadaleko poznat kao "čudesan materijal" zbog mnogih svojih nevjerojatnih svojstava koja sadrži. Snažan je provodnik električne i toplinske energije, izuzetno lagan i fleksibilan s velikom površinom. Također se smatra ekološkim i održivim, s neograničenim mogućnostima za brojne primjene.
Zanimljivo znati! Graphene baterije mogu smanjiti utjecaj baterija na okoliš.
Grafen je univerzalna molekula s mnogim jedinstvenim i poželjnim svojstvima i može se koristiti na različite načine, jer za njegovu upotrebu ne postoji univerzalno rješenje.
Koristi se za poboljšanje mnogih prednosti koje su već pronađene u konvencionalnim materijalima, ali također pomaže u prevladavanju prethodnih ograničenja baterije, što dovodi do produženog vijeka trajanja ili performansi baterije.
Kakva je proizvodnja
Pretvorba anorganskih spojeva na bazi grafena i metala pogodnih za upotrebu može se provesti na više načina. Kako se razvija nova tehnologija, metode se često izmišljaju i kasnije koriste.
U bilo kojoj metodi uvijek postoji nekoliko načina sintetiziranja samog materijala. Bilo bi nepraktično opisati svaki od njih, stoga će se ovdje razmotriti jedna specifična metoda.
Čista elektroda na bazi grafena dobiva se dispergiranjem praška grafen oksida (100 mg) u destiliranu vodu (30 ml) i ultrazvukom 30 minuta. Rezultirajuća suspenzija je zagrijana na vrućoj ploči do temperature od 100 ° C, a zatim je dodano 3 ml hidrazin hidrata.
Suspenzija je održavana na 98 ° C tijekom 24 sata kako bi se smanjio grafen oksid. Reducirani grafen oksid može se sakupljati filtracijom, čime ostaje crni prah. Filtrirani prah se zatim nekoliko puta ispere destiliranom vodom da se smanji suvišan hidrazin.
Grafen u prahu je ponovo raspršen u vodi pomoću ultrazvuka, a rezultirajuća otopina je centrifugirana na 4000 o / min tijekom 3 minute kako bi se uklonile veće čestice. Grafen se sakuplja vakuum filtracijom i suši u vakuumu. Na industrijskom nivou proizvode ga tvrtke iz Velike Britanije, Rusije, Španjolske, SAD-a i Južne Koreje.
Princip rada i uređaj
Princip rada i raspored grafenskih baterija slični su tradicionalnim baterijama, gdje se za olakšavanje prijenosa iona koriste dvije elektrode i otopina elektrolita. Glavna razlika između baterija na bazi grafena i krutih baterija je sastav jedne ili obje elektrode.
Promjena uglavnom leži u katodi, ali također je moguće koristiti alotrope ugljika u anodi. Katodna konvencionalna baterija sastoji se isključivo od čvrstih materijala, ali kao komat u grafenskoj bateriji koristi se kompozitni hibridni materijal.
Specifikacije i značajke
U području baterije, konvencionalni materijali značajno su poboljšani grafenom. Magnezijeva grafenska baterija može biti lagana, izdržljiva i pogodna za spremanje energije velikog kapaciteta, kao i za smanjenje vremena punjenja. Dodaje vodljivost bez potrebe za količinom ugljika koja se koristi u uobičajenim baterijama.
Graphene može poboljšati svojstva akumulatora, kao što su gustoća energije i oblika na različite načine. Litij-ionske baterije (i druge vrste punjivih baterija) mogu se poboljšati unošenjem grafena u anodu baterije i korištenjem vodljivosti materijala za postizanje morfološke optimizacije i performansi.
Važno! Vodljivost baterija na bazi grafena znatno je veća u usporedbi s drugim polumovodnim materijalima.
Također je otkriveno da stvaranje hibridnih materijala može biti korisno za poboljšanje kvalitete baterije. Na primjer, hibrid katalize vanadij oksida VO 2 i grafena može se koristiti na litij-ionskim katodama, što osigurava brzo punjenje i pražnjenje, kao i veću trajnost ciklusa punjenja.
U ovom slučaju, VO 2 ima visoku energetsku intenzivnost, ali slabu električnu vodljivost, što se može riješiti upotrebom grafena kao svojevrsne strukturne "baze" na koju se može pričvrstiti VO 2 - stvarajući hibridni materijal i velikog kapaciteta i izvrsne vodljivosti.
Prednosti i nedostaci
Popis glavnih prednosti treba sadržavati:
- Ekološka čistoća.
- Veliki specifični kapacitet.
- Visoka vodljivost.
- Brzo punjenje.
- Tehnička trajnost.
Jedina mana baterije je ta što proizvod ima znatnu veličinu. Zahvaljujući tome, implantacija u minijaturne uređaje (na primjer, telefone) danas nije moguća.
Gdje se koriste grafenske baterije?
Baterije koje se temelje na grafenu imaju uzbudljiv potencijal, ali još uvijek nisu u potpunosti dostupne, istraživanje i razvoj intenzivni su. Koriste ih mnoge poznate tvrtke.
U kolovozu 2014. Tesla je predložio razvoj nove tehnologije baterija koja će imati gotovo dvostruko više snage za svoj model električnih automobila.
Što se tiče telefona, Huawei je u studenom 2016. predstavio novu litij-ionsku bateriju presvučenu grafenom koja može ostati u radu na višoj temperaturi (60 ° stupnjeva u odnosu na postojeću granicu od 50 °) i nudi dulji vijek baterije.
U prosincu 2018. godine, indijska tvrtka Log 9 Materials objavila je da radi na novom projektu koji bi teoretski mogao dovesti do pojave električnih vozila koja trče na vodi.
Izgledi za tehnologiju
Prema istraživačima iz popularnih tvrtki, najnovije baterije mnogo su učinkovitije od tradicionalnih proizvoda. Pored toga, energiju se mnogo brže puni (u samo nekoliko minuta).
Ova će tehnologija dovesti do revolucije u razvoju električnih automobila, proizvodnji pametnih telefona, kao i prijenosnih računala i tableta.
Imate pitanja ili imate šta dodati? Zatim nam pišite o tome u komentarima, to će učiniti materijal korisnijim, cjelovitijim i preciznijim.
