As baterias à base de grafeno são amplamente utilizadas para diversos fins comerciais. Melhorar o desempenho e a vantagem do ciclo de vida do desenvolvimento de baterias baseadas em grafeno em comparação com baterias convencionais de íons de lítio compensa.
A Tesla Motors Ilona Mask é um exemplo bem conhecido de empresas inovadoras ativamente envolvidas na pesquisa e comercialização de baterias de grafeno.
Conteúdo
O que é bateria de grafeno
O grafeno é amplamente conhecido como "material milagroso" devido às muitas de suas incríveis propriedades que ele contém. É um condutor poderoso de energia elétrica e térmica, extremamente leve e flexível, com uma grande área de superfície. Também é considerado ecológico e sustentável, com possibilidades ilimitadas para inúmeras aplicações.
Interessante saber! As baterias de grafeno podem reduzir o impacto ambiental das baterias.
O grafeno é uma molécula universal com muitas propriedades únicas e desejáveis, e pode ser usada de diferentes maneiras, uma vez que não existe uma solução universal para seu uso.
Ele é usado para melhorar muitos dos benefícios já encontrados em materiais convencionais, mas também ajuda a superar as limitações anteriores da bateria, o que leva ao aumento da vida útil ou desempenho da bateria.
Como é a produção
A conversão de compostos inorgânicos à base de grafeno e metais adequados para uso pode ser realizada de várias maneiras. À medida que a nova tecnologia evolui, os métodos são frequentemente inventados e subsequentemente utilizados.
Em qualquer método, sempre há várias maneiras de sintetizar o próprio material. Seria impraticável descrever cada um deles, portanto, um método específico será considerado aqui.
Um eletrodo puro à base de grafeno é obtido dispersando um pó de óxido de grafeno (100 mg) em água destilada (30 ml) e sonicação por 30 minutos. A suspensão resultante é aquecida numa placa quente a uma temperatura de 100 ° C e depois são adicionados 3 ml de hidrato de hidrazina.
A suspensão é mantida a 98 ° C por 24 horas para reduzir o óxido de grafeno. O óxido de grafeno reduzido pode ser coletado por filtração, deixando um pó preto. O pó filtrado é então lavado várias vezes com água destilada para reduzir o excesso de hidrazina.
O pó de grafeno foi redisperso em água usando ultra-som e a solução resultante foi então centrifugada a 4000 rpm por 3 minutos para remover partículas maiores. O grafeno é recolhido por filtração a vácuo e seco sob vácuo. Em escala industrial, são produzidas por empresas da Grã-Bretanha, Rússia, Espanha, EUA e Coréia do Sul.
O princípio de operação e dispositivo
O princípio de operação e o arranjo das baterias de grafeno são semelhantes às baterias tradicionais, onde dois eletrodos e uma solução eletrolítica são usados para facilitar a transferência de íons. A principal diferença entre baterias baseadas em grafeno e baterias de estado sólido é a composição de um ou de ambos os eletrodos.
A mudança está principalmente no cátodo, mas também é possível usar alótropos de carbono no ânodo. O cátodo em uma bateria convencional consiste apenas de materiais sólidos, mas um material híbrido composto é usado como cátodo na bateria de grafeno.
Especificações e recursos
No campo da bateria, os materiais convencionais são significativamente aprimorados com o grafeno. A bateria de grafeno de magnésio pode ser leve, durável e adequada para armazenar energia de alta capacidade, além de reduzir o tempo de carregamento. Acrescenta condutividade sem exigir a quantidade de carbono usada nas baterias convencionais.
O grafeno pode melhorar as propriedades da bateria, como densidade e forma de energia de várias maneiras. As baterias de íon de lítio (e outros tipos de baterias recarregáveis) podem ser melhoradas introduzindo grafeno no ânodo da bateria e usando condutividade do material para obter otimização e desempenho morfológico.
Importante! A condutividade das baterias baseadas em grafeno é significativamente maior em comparação com outros materiais semicondutores.
Também foi descoberto que a criação de materiais híbridos pode ser útil para melhorar a qualidade da bateria. Por exemplo, um híbrido de catálise de óxido de vanádio VO2 e grafeno pode ser usado em cátodos de íons de lítio, o que fornece carregamento e descarregamento rápidos, além de maior durabilidade do ciclo de carregamento.
Nesse caso, o VO 2 possui alta intensidade energética, mas baixa condutividade elétrica, que pode ser resolvida usando o grafeno como uma espécie de "base" estrutural na qual o VO 2 pode ser conectado - criando um material híbrido com alta capacidade e excelente condutividade.
Vantagens e desvantagens
A lista das principais vantagens deve incluir:
- Limpeza ecológica.
- Grande capacidade específica.
- Alta condutividade.
- Carga rápida.
- Durabilidade técnica.
A única desvantagem da bateria é que o produto possui um tamanho considerável. Em virtude disso, hoje não é possível implantá-los em gadgets em miniatura (por exemplo, telefones).
Onde são usadas as pilhas de grafeno?
As baterias à base de grafeno têm um potencial interessante e, embora ainda não estejam totalmente disponíveis, a pesquisa e o desenvolvimento são intensos. Eles são usados por muitas empresas conhecidas.
Em agosto de 2014, a Tesla propôs o desenvolvimento de uma nova tecnologia de bateria que terá quase o dobro de energia para seu modelo de carro elétrico.
Quanto aos telefones, em novembro de 2016, a Huawei introduziu uma nova bateria de íons de lítio revestida com grafeno que pode permanecer operacional a uma temperatura mais alta (60 ° graus em comparação com o limite de 50 ° existente) e oferece uma vida útil mais longa.
Em dezembro de 2018, a empresa indiana Log 9 Materials anunciou que estava trabalhando em um novo projeto que teoricamente poderia levar ao surgimento de veículos elétricos rodando na água.
Perspectivas tecnológicas
Segundo pesquisadores de empresas populares, as baterias mais recentes são muito mais eficientes que os produtos tradicionais. Além disso, eles reabastecem a energia muito mais rapidamente (em minutos).
Essa tecnologia levará a uma revolução no desenvolvimento de carros elétricos, na produção de smartphones, além de laptops e tablets.
Tem perguntas ou tem algo a acrescentar? Em seguida, escreva-nos nos comentários, isso tornará o material mais útil, completo e preciso.
