Op grafeen gebaseerde batterijen worden veel gebruikt voor verschillende commerciële doeleinden. De prestatieverbetering en het levenscyclusvoordeel van de ontwikkeling van grafeenbatterijen ten opzichte van conventionele lithium-ionbatterijen loont.
Tesla Motors Ilona Mask is een bekend voorbeeld van innovatieve bedrijven die actief betrokken zijn bij het onderzoek naar en de commercialisering van grafeenbatterijen.
Sodrezhanie
Wat is grafeenbatterij
Grafeen staat algemeen bekend als "wonderbaarlijk materiaal" vanwege de vele verbazingwekkende eigenschappen die het bevat. Het is een krachtige geleider van elektrische en thermische energie, extreem licht en flexibel met een groot oppervlak. Het wordt ook beschouwd als milieuvriendelijk en duurzaam, met onbeperkte mogelijkheden voor tal van toepassingen.
Interessant om te weten! Grafeenbatterijen kunnen de milieu-impact van batterijen verminderen.
Grafeen is een universeel molecuul met veel unieke en gewenste eigenschappen en het kan op verschillende manieren worden gebruikt, omdat er geen universele oplossing voor is.
Het wordt gebruikt om veel van de voordelen te verbeteren die al in conventionele materialen zijn gevonden, maar het helpt ook om eerdere batterijbeperkingen te overwinnen, wat leidt tot een langere levensduur van de batterij of batterijprestaties.
Hoe is de productie
De omzetting van anorganische verbindingen op basis van grafeen en metalen die geschikt zijn voor gebruik kan op vele manieren worden uitgevoerd. Naarmate nieuwe technologie zich ontwikkelt, worden methoden vaak uitgevonden en vervolgens gebruikt.
Bij elke methode zijn er altijd verschillende manieren om het materiaal zelf te synthetiseren. Het zou onpraktisch zijn om elk van hen te beschrijven, daarom zal hier een specifieke methode worden overwogen.
Een zuivere op grafeen gebaseerde elektrode wordt verkregen door een grafeenoxide-poeder (100 mg) in gedestilleerd water (30 ml) te dispergeren en gedurende 30 minuten met ultrasoon geluid te behandelen. De resulterende suspensie wordt verwarmd op een hete plaat tot een temperatuur van 100 ° C en vervolgens wordt 3 ml hydrazinehydraat toegevoegd.
De suspensie wordt 24 uur op 98 ° C gehouden om grafeenoxide te verminderen. Verminderd grafeenoxide kan worden verzameld door filtratie, waardoor een zwart poeder achterblijft. Het gefiltreerde poeder wordt vervolgens verschillende keren gewassen met gedestilleerd water om overmaat hydrazine te verminderen.
Het grafeenpoeder werd opnieuw gedispergeerd in water met behulp van ultrageluid en de resulterende oplossing werd vervolgens gedurende 3 minuten bij 4000 rpm gecentrifugeerd om grotere deeltjes te verwijderen. Grafeen wordt verzameld door vacuümfiltratie en onder vacuüm gedroogd. Op industriële schaal produceren bedrijven uit Groot-Brittannië, Rusland, Spanje, de VS en Zuid-Korea.
Het werkingsprincipe en apparaat
Het werkingsprincipe en de opstelling van grafeenbatterijen zijn vergelijkbaar met traditionele batterijen, waarbij twee elektroden en een elektrolytoplossing worden gebruikt om ionenoverdracht te vergemakkelijken. Het belangrijkste verschil tussen op grafeen gebaseerde batterijen en solid-state batterijen is de samenstelling van een of beide elektroden.
De verandering ligt voornamelijk in de kathode, maar het is ook mogelijk om koolstofallotropen in de anode te gebruiken. De kathode in een conventionele batterij bestaat uitsluitend uit vaste materialen, maar een hybride composietmateriaal wordt gebruikt als de kathode in de grafeenbatterij.
Specificaties en functies
Op het gebied van batterijen worden conventionele materialen aanzienlijk verbeterd met grafeen. Magnesium-grafeenbatterij kan lichtgewicht, duurzaam en geschikt zijn voor het opslaan van energie met een hoge capaciteit en om de oplaadtijd te verminderen. Het voegt geleidbaarheid toe zonder dat de hoeveelheid koolstof nodig is die in conventionele batterijen wordt gebruikt.
Grafeen kan batterijeigenschappen zoals energiedichtheid en vorm op verschillende manieren verbeteren. Lithium-ionbatterijen (en andere soorten oplaadbare batterijen) kunnen worden verbeterd door grafeen in de anode van de batterij te brengen en materiaalgeleiding te gebruiken om morfologische optimalisatie en prestaties te bereiken.
Belangrijk! De geleidbaarheid van op grafeen gebaseerde batterijen is aanzienlijk hoger in vergelijking met andere halfgeleidermaterialen.
Er is ook ontdekt dat het creëren van hybride materialen nuttig kan zijn voor het verbeteren van de batterijkwaliteit. Bijvoorbeeld, een hybride van katalyse van vanadiumoxide VO2 en grafeen kan worden gebruikt op lithium-ionkathoden, die snel laden en ontladen biedt, evenals een grotere duurzaamheid van de laadcyclus.
In dit geval heeft VO2 een hoge energie-intensiteit, maar een slechte elektrische geleidbaarheid, die kan worden opgelost met behulp van grafeen als een soort structurele "basis" waarop VO 2 kan worden bevestigd - waardoor een hybride materiaal ontstaat met zowel een hoge capaciteit als een uitstekende geleidbaarheid.
Voor- en nadelen
De lijst met belangrijkste voordelen moet zijn:
- Ecologische netheid.
- Grote specifieke capaciteit.
- Hoge geleidbaarheid.
- Snel opladen.
- Technische duurzaamheid.
Het enige nadeel van de batterij is dat het product een behoorlijke omvang heeft. Op grond hiervan is het tegenwoordig niet mogelijk om ze in miniatuurgadgets (bijvoorbeeld telefoons) te implanteren.
Waar worden grafeenbatterijen gebruikt?
Op grafeen gebaseerde batterijen hebben een opwindend potentieel, en hoewel ze nog niet volledig beschikbaar zijn, zijn onderzoek en ontwikkeling intensief. Ze worden gebruikt door veel bekende bedrijven.
In augustus 2014 stelde Tesla de ontwikkeling voor van een nieuwe batterijtechnologie die bijna twee keer zoveel vermogen zal hebben voor zijn elektrische automodel.
Wat telefoons betreft, introduceerde Huawei in november 2016 een nieuwe grafeen-gecoate lithium-ionbatterij die bij een hogere temperatuur operationeel kan blijven (60 ° graden in vergelijking met de bestaande 50 ° -limiet) en een langere levensduur van de batterij biedt.
In december 2018 kondigde het Indiase bedrijf Log 9 Materials aan dat het aan een nieuw project werkte dat theoretisch zou kunnen leiden tot de opkomst van elektrische voertuigen die op water rijden.
Technologie vooruitzichten
Volgens onderzoekers van populaire bedrijven zijn de nieuwste batterijen veel efficiënter dan traditionele producten. Bovendien vullen ze energie veel sneller aan (in minuten).
Deze technologie zal leiden tot een revolutie in de ontwikkeling van elektrische auto's, de productie van smartphones en laptops en tablets.
Heeft u vragen of wilt u iets toevoegen? Schrijf ons er dan over in de commentaren, dit maakt het materiaal nuttiger, vollediger en nauwkeuriger.
