Co jsou to grafenové baterie

Snad ve velmi blízké budoucnosti hegemonie lithium-iontových baterií skončí, protože na scénu vstupuje nový typ baterií - grafen. Pojďme se tedy podrobněji podívat na grafenové baterie a zjistit, jaké mají vlastnosti a proč jsou tak dobré.

Co je to grafen

Nejprve řekněme pár slov o materiálu, jako je grafen. Tento materiál byl uměle získán v roce 2004 ruskými vědci a je filmovou strukturou vytvořenou z atomů uhlíku.

Jednoduše řečeno, grafen je grafitová rovina oddělená od obecné struktury materiálu. Atomy jsou současně uspořádány tak, že je vytvořena hexagonální krystalová mřížka.

V tomto případě je vytvořená látka tak hustá, že má zvýšený stupeň tuhosti a kolosální rezervu tepelné vodivosti.

V tomto případě se elektrony mohou volně pohybovat po struktuře filmu, což otevírá široké vyhlídky na zavedení nového materiálu do polovodičových obvodů.

Grafen a baterie

První oblastí, kde bylo rozhodnuto o použití grafenu, je výroba autobaterií.

V prvních experimentech byl grafen kombinován s lithiem, ale jak ukázala praxe, ukázalo se, že to bylo špatné rozhodnutí. Je to proto, že lithium je extrémně agresivní látka a lithium při kontaktu s vodou exploduje.

Proto odmítli instalovat takové úpravy baterií na elektrická vozidla, protože v případě nehody a poškození baterie byla velmi vysoká pravděpodobnost požáru.

Také pro výrobu těchto baterií bylo zapotřebí velké množství lithia, což je drahý kov.

Proto bylo rozhodnuto hledat alternativu k lithiu a byly nalezeny dvě možnosti najednou:

1. Americký model. Podle ní je zdrojem reakce již kobalt-lithium a kompozitní katoda z křemíkových a grafenových desek.

2. Ruský model. Tam, kde se používá modifikace hořčík-grafen, kde byla anoda lithné soli úspěšně nahrazena oxidem hořečnatým (mnohem běžnější a levnější látka).

Ale i přes různé přístupy jsou výhody a nevýhody grafenových baterií stejné.

Výhody a nevýhody grafenových baterií

Porovnáme-li klasické lithium-iontové baterie s grafenem, jsou tyto vybaveny následujícími výhodami:

- Grafen se vyrábí ze snadno dostupných a levných surovin.

- Vyrobený materiál je velmi lehký. Jeden metr čtvereční grafenu tedy váží pouze 1 gram, což vám umožňuje výrazně snížit hmotnost baterie.

- Ekologové mohou dobře spát, protože grafen je šetrný k životnímu prostředí.

- Grafen má zvýšenou pevnost a odolnost proti vodě.

- Poškozené povrchy jsou snadno obnovitelné.

- Vodivost grafenu je výrazně vyšší než vodivost jakéhokoli jiného vodiče (samozřejmě v tuto chvíli).

- Zvýšená specifická kapacita. Například automobil s nainstalovanou grafenovou baterií je schopen na jedno nabití najet až 1 000 kilometrů. kilometrů.

- Kapacita grafenových baterií se nesnižuje kvůli častým cyklům vybíjení a nabíjení.

- Plná doba nabíjení je pouze 8 minut.

Jak vidíte, výhodami jsou pouze vůz a malý vozík, ale existují i ​​nevýhody, a to:

- Grafen má poměrně nízkou hustotu, takže při jeho používání stále existují značná omezení. Například mobilní telefon s grafenovou baterií by byl nadměrně velký.

Jak funguje grafenová baterie

Ve skutečnosti se struktura grafenové baterie příliš neliší od struktury lithium-iontové baterie s pevným elektrolytem. Jediná věc je, že v případě grafenu je katoda vyrobena z uhelného koksu, vzhledem k tomu, že je jeho chemická látka. složení je blízké čistému uhlíku a grafit je nahrazen grafenem.

Aby se zvýšila kapacita baterie, inženýři přidali křemíkové sekce mezi vrstvy grafenu. A pro zvýšení rychlosti nabíjení byly v grafenových deskách vytvořeny malé otvory o průměru 15-20 nanometrů.

To je vše, jinak se jedná o běžnou baterii.

Závěr

Grafénové baterie si bezpochyby stále najdou své místo a je docela možné, že zcela nahradí lithium-iontové baterie ze svého podstavce, ale dokud se nedostanou na široký trh, je příliš brzy na to mluvit. Pokud se vám článek líbil, zvedněte palce a přihlaste se k odběru. A ještě zajímavější a užitečnější najdete na mém webukde jsou články publikovány o něco dříve.