Le batterie a base di grafene sono ampiamente utilizzate per vari scopi commerciali. Migliorare le prestazioni e il vantaggio del ciclo di vita dello sviluppo di batterie a base di grafene rispetto alle batterie agli ioni di litio convenzionali paga.
Tesla Motors Ilona Mask è un noto esempio di società innovative attivamente impegnate nella ricerca e commercializzazione di batterie al grafene.
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Cos'è la batteria al grafene
Il grafene è ampiamente noto come "materiale miracoloso" per via delle sue incredibili proprietà che contiene. È un potente conduttore di energia elettrica e termica, estremamente leggero e flessibile con un'ampia superficie. È anche considerato ecologico e sostenibile, con possibilità illimitate per numerose applicazioni.
Interessante da sapere! Le batterie al grafene possono ridurre l'impatto ambientale delle batterie.
Il grafene è una molecola universale con molte proprietà uniche e desiderabili e può essere utilizzata in diversi modi, poiché non esiste una soluzione universale per il suo utilizzo.
Viene utilizzato per migliorare molti dei vantaggi già riscontrati nei materiali convenzionali, ma aiuta anche a superare le precedenti limitazioni della batteria, il che comporta un aumento della durata della batteria o delle prestazioni della batteria.
Come è la produzione
La conversione di composti inorganici a base di grafene e metalli adatti all'uso può essere effettuata in molti modi. Con l'evoluzione della nuova tecnologia, i metodi vengono spesso inventati e successivamente utilizzati.
In ogni metodo, ci sono sempre diversi modi per sintetizzare il materiale stesso. Sarebbe poco pratico descriverli ciascuno, pertanto qui verrà considerato un metodo specifico.
Un elettrodo a base di grafene puro si ottiene disperdendo una polvere di ossido di grafene (100 mg) in acqua distillata (30 ml) e sonicazione per 30 minuti. La sospensione risultante viene riscaldata su una piastra calda a una temperatura di 100 ° C e quindi vengono aggiunti 3 ml di idrazina idrata.
La sospensione viene mantenuta a 98 ° C per 24 ore per ridurre l'ossido di grafene. L'ossido di grafene ridotto può essere raccolto per filtrazione, lasciando una polvere nera. La polvere filtrata viene quindi lavata più volte con acqua distillata per ridurre l'idrazina in eccesso.
La polvere di grafene è stata ridispersa in acqua usando gli ultrasuoni e la soluzione risultante è stata quindi centrifugata a 4000 rpm per 3 minuti per rimuovere particelle più grandi. Il grafene viene raccolto mediante filtrazione sotto vuoto ed essiccato sotto vuoto. Su scala industriale, le aziende provenienti da Gran Bretagna, Russia, Spagna, Stati Uniti e Corea del Sud lo producono.
Il principio di funzionamento e dispositivo
Il principio di funzionamento e la disposizione delle batterie al grafene sono simili alle batterie tradizionali, in cui due elettrodi e una soluzione elettrolitica vengono utilizzati per facilitare il trasferimento di ioni. La principale differenza tra batterie a base di grafene e batterie a stato solido è la composizione di uno o entrambi gli elettrodi.
Il cambiamento risiede principalmente nel catodo, ma è anche possibile utilizzare allotropi di carbonio nell'anodo. Il catodo in una batteria convenzionale è costituito esclusivamente da materiali solidi, ma un materiale ibrido composito viene utilizzato come catodo nella batteria al grafene.
Specifiche e caratteristiche
Nel campo della batteria, i materiali convenzionali sono notevolmente migliorati con il grafene. La batteria al magnesio e grafene può essere leggera, resistente e adatta per conservare energia ad alta capacità, nonché per ridurre i tempi di ricarica. Aggiunge conduttività senza richiedere la quantità di carbonio utilizzata nelle batterie convenzionali.
Il grafene può migliorare le proprietà della batteria come la densità e la forma dell'energia in vari modi. Le batterie agli ioni di litio (e altri tipi di batterie ricaricabili) possono essere migliorate introducendo il grafene nell'anodo della batteria e utilizzando la conduttività del materiale per ottenere prestazioni e ottimizzazione morfologiche.
! importante La conduttività delle batterie a base di grafene è significativamente più elevata rispetto ad altri materiali a semiconduttore.
È stato anche scoperto che la creazione di materiali ibridi può essere utile per migliorare la qualità della batteria. Ad esempio, un ibrido di catalisi di ossido di vanadio VO 2 e grafene può essere utilizzato su catodi a ioni di litio, che fornisce carica e scarica rapida, nonché una maggiore durata del ciclo di carica.
In questo caso, VO 2 ha un'alta intensità energetica, ma una scarsa conducibilità elettrica, che può essere risolta usando il grafene come una sorta di "base" strutturale su cui VO 2 può essere collegato, creando un materiale ibrido con capacità elevata e conducibilità eccellente.
Vantaggi e svantaggi
L'elenco dei principali vantaggi dovrebbe includere:
- Pulizia ecologica.
- Grande capacità specifica.
- Alta conducibilità.
- Ricarica rapida.
- Durabilità tecnica
L'unico inconveniente della batteria è che il prodotto ha dimensioni considerevoli. In virtù di ciò, oggi non è possibile impiantarli in gadget in miniatura (ad esempio telefoni).
Dove vengono utilizzate le batterie al grafene?
Le batterie a base di grafene hanno un potenziale eccitante e, sebbene non siano ancora completamente disponibili, la ricerca e lo sviluppo sono intensi. Sono utilizzati da molte rinomate aziende.
Nell'agosto 2014, Tesla ha proposto lo sviluppo di una nuova tecnologia della batteria che avrà quasi il doppio della potenza per il suo modello di auto elettrica.
Per quanto riguarda i telefoni, a novembre 2016 Huawei ha introdotto una nuova batteria agli ioni di litio rivestita di grafene che può rimanere operativa a una temperatura più elevata (60 ° gradi rispetto al limite esistente di 50 °) e offre una durata della batteria più lunga.
Nel dicembre 2018, la società indiana Log 9 Materials ha annunciato che stava lavorando a un nuovo progetto che potrebbe teoricamente portare alla nascita di veicoli elettrici che circolano sull'acqua.
Prospettive tecnologiche
Secondo i ricercatori di aziende popolari, le ultime batterie sono molto più efficienti dei prodotti tradizionali. Inoltre, ripristinano l'energia molto più velocemente (in minuti).
Questa tecnologia porterà a una rivoluzione nello sviluppo di auto elettriche, nella produzione di smartphone, nonché di laptop e tablet.
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