סוללות גרפן

סוללות מבוססות גרפן נמצאות בשימוש נרחב למטרות מסחריות שונות. שיפור הביצועים והיתרון במחזור החיים של פיתוח סוללות מבוססות גרפן על פני סוללות ליתיום-יון קונבנציונאלי משתלם.

טסלה מוטורס אילונה מסכה היא דוגמא ידועה לחברות חדשניות המעורבות באופן פעיל במחקר ומסחור של סוללות גרפן.

מהי סוללת גרפן

גרפן ידוע ברבים כ"חומר מופלא "בשל ריבוי המאפיינים המדהימים שהוא מכיל. זהו מוליך חזק של אנרגיה חשמלית ותרמית, קל וגמיש במיוחד עם שטח פנים גדול. זה גם נחשב ידידותי לסביבה ובר-קיימא, עם אפשרויות ללא הגבלה עבור יישומים רבים.

מעניין לדעת! סוללות גרפן יכולות להפחית את ההשפעה הסביבתית של סוללות.

גרפן היא מולקולה אוניברסלית בעלת הרבה תכונות ייחודיות ורצויות, וניתן להשתמש בה בדרכים שונות, מכיוון שאין פיתרון אוניברסלי לשימוש בה.

הוא משמש לשיפור רבים מהיתרונות שכבר נמצאים בחומרים קונבנציונליים, אך הוא גם מסייע להתגבר על מגבלות הסוללה הקודמות, מה שמביא לעלייה בחיי הסוללה או בביצועי הסוללה.

איך ההפקה

המרה של תרכובות אורגניות על בסיס גרפן ומתכות המתאימות לשימוש יכולה להתבצע בדרכים רבות. ככל שהטכנולוגיה החדשה מתפתחת, לרוב ממציאים שיטות ומשתמשים בה לאחר מכן.

בכל שיטה, תמיד יש כמה דרכים לסנתז את החומר עצמו. לא יהיה מעשי לתאר כל אחד מהם, לכן תיבחן כאן דרך אחת ספציפית.

אלקטרודה טהורה מבוססת גרפן מתקבלת על ידי פיזור אבקת תחמוצת גרפן (100 מ"ג) במים מזוקקים (30 מ"ל) וה sonication למשך 30 דקות. ההשעיה המתקבלת מחוממת על צלחת חמה לטמפרטורה של 100 מעלות צלזיוס ואז מתווסף 3 מ"ל של הידראזין.

ההשעיה נשמרת על 98 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות כדי להפחית תחמוצת גרפן. ניתן לאסוף תחמוצת גרפן מופחתת על ידי סינון, ולהשאיר אבקה שחורה. לאחר מכן שוטפים את האבקה המסוננת מספר פעמים במים מזוקקים כדי להפחית עודף הידרזין.

אבקת הגרפן הופזרה מחדש במים באמצעות אולטרסאונד ואז התמיסה שהתקבלה צנטריפוגה בסביבות 4000 סל"ד למשך 3 דקות כדי להסיר חלקיקים גדולים יותר. הגרפן נאסף על ידי סינון ואקום ומייבש בתנועת אבק. בקנה מידה תעשייתי מייצרות אותו חברות מבריטניה, רוסיה, ספרד, ארה"ב ודרום קוריאה.

עקרון הפעולה והמכשיר

עקרון הפעולה וסידור סוללות הגרפן דומות לסוללות מסורתיות, בהן משתמשים בשתי אלקטרודות ופתרון אלקטרוליט כדי להקל על העברת יונים. ההבדל העיקרי בין סוללות מבוססות גרפן לסוללות במצב מוצק הוא הרכב האלקטרודות האחת או שתיהן.

השינוי טמון בעיקר בקתודה, אך ניתן להשתמש גם באלוטרופי פחמן באנודה. הקתודה במצבר קונבנציונאלי מורכבת אך ורק מחומרים מוצקים, אך חומר היברידי מורכב משמש כקתודה בסוללת הגרפן.

מפרט ותכונות

בתחום הסוללה, חומרים קונבנציונליים משופרים משמעותית בעזרת גרפן. סוללת מגנזיום גרפן יכולה להיות קלה, עמידה ומתאימה לאחסון אנרגיה בעלת קיבולת גבוהה, כמו גם להפחתת זמן הטעינה. זה מוסיף מוליכות מבלי לדרוש את כמות הפחמן המשמשת בסוללות קונבנציונאליות.

גרפן יכול לשפר את מאפייני הסוללה כמו צפיפות אנרגיה וצורה במגוון דרכים. ניתן לשפר סוללות ליתיום-יון (וסוגים אחרים של סוללות נטענות) על ידי הכנסת גרפן לאנודה של הסוללה ושימוש במוליכות חומר להשגת אופטימיזציה וביצועים מורפולוגיים.

חשוב! המוליכות של סוללות מבוססות גרפן גבוהה משמעותית בהשוואה לחומרים מוליכים למחצה אחרים.

עוד התגלה כי יצירת חומרים היברידיים עשויה להועיל לשיפור איכות הסוללה. לדוגמה, ניתן להשתמש בהכלאה של קטליזה של תחמוצת ונדיום VO 2 וגרפן על קתודות ליתיום-יון, המספקת טעינה ופריקה מהירה, כמו גם עמידות רבה יותר של מחזור הטעינה.

במקרה זה, VO 2 הוא בעל עוצמת אנרגיה גבוהה, אך מוליכות חשמלית ירודה, הניתנת לפיתרון באמצעות גרפן כסוג של "בסיס" מבני עליו ניתן לחבר VO 2 - יצירת חומר היברידי בעל יכולת גבוהה וגם מוליכות מצוינת.

יתרונות וחסרונות

רשימת היתרונות העיקריים צריכה לכלול:

• ניקיון אקולוגי.
• קיבולת ספציפית גדולה.
• מוליכות גבוהה.
• טעינה מהירה.
• עמידות טכנית.

החיסרון היחיד של הסוללה הוא שלמוצר יש גודל לא מבוטל. מכוח זה, השתלתם בגאדג'טים זעירים (למשל טלפונים) כיום אינה אפשרית.

היכן משתמשים בסוללות גרפן?

לסוללות מבוססות גרפן יש פוטנציאל מרגש, ולמרות שהן עדיין אינן זמינות במלואה, המחקר והפיתוח הם אינטנסיביים. משתמשים בהן על ידי חברות ידועות רבות.

באוגוסט 2014, טסלה הציעה פיתוח של טכנולוגיית סוללות חדשה שתספק כוח כמעט כפליים לדגם המכונית החשמלית שלה.

באשר לטלפונים, בנובמבר 2016, Huawei הציגה סוללת ליתיום-יון מצופה גרפן חדשה שיכולה להישאר פעולה בטמפרטורה גבוהה יותר (60 מעלות לעומת מגבלת 50 ° הקיימת) ומציעה חיי סוללה ארוכים יותר.

בדצמבר 2018 הודיעה החברה ההודית Log 9 Materials כי היא עובדת על פרויקט חדש שיכול באופן תיאורטי להוביל להופעת כלי רכב חשמליים שפועלים על מים.

השקפת טכנולוגיה

על פי חוקרים בחברות פופולריות, הסוללות האחרונות יעילות בהרבה מהמוצרים המסורתיים. בנוסף הם מחדשים אנרגיה הרבה יותר מהר (תוך דקות).

טכנולוגיה זו תביא למהפכה בפיתוח מכוניות חשמליות, בייצור סמארטפונים וכן במחשבים ניידים וטאבלטים.

יש לך שאלות או שיש לך מה להוסיף? ואז כתוב לנו על כך בתגובות, זה יהפוך את החומר ליותר שימושי, שלם ומדויק.