Что такое графеновый аккумулятор и как он сменит технологию?

Аккумуляторы – основа наших важнейших повседневных технологий. Ваш телефон, ноутбук и, наконец, ваш автомобиль и дом – все зависит от накопления энергии в батареях. Современные технологии батареи отличные, но графеновые батареи могут решить их недостатки.

Что такое графен?

Большая вероятность, что вы уже слышали о графене в СМИ. Каждые несколько лет появляются бездыханные прогнозы того, как этот удивительный материал изменит разные технологии. Вы, возможно, не знаете, что графен – это просто углерод. То же, на чем основана жизнь на земле, и есть невероятно богатый элемент на земле.

Графен – это кристаллическая решетка графита толщиной в один атом, которая по существу является кристаллическим углеродом. Это звучит как что-то невероятно причудливое, но вы можете сделать графеновые хлопья с помощью карандаша и липкой ленты. Но Нобелевскую премию за это уже присудили.

Графен имеет несколько свойств, которые делают его очень увлекательным как потенциальная часть технологии будущего. Обладает высокой тепло- и электропроводностью. Так что если вы хотите перемещать электроэнергию или тепло с высокой эффективностью, это перспективный выбор.

Графен также демонстрирует высокий уровень жесткости и прочности. Он очень гибок и эластичен. Он также прозрачен и может использоваться для производства электроэнергии от солнечного света.

Графен тяжело производить массово

Все это звучит отлично, но есть большое препятствие. Хотя создавать графеновые хлопья или небольшие листы для исследования в лаборатории несложно, массовое создание оказывается сложным. Не будь проблемы надежного массового производства этого наноматериала, он был бы в продуктах много лет назад.

Хорошая новость состоит в том, что существует несколько перспективных путей массового производства, которые могут сделать графен достаточно дешевле, чтобы он вышел на массовый рынок. Волокно, наполненное графеном, теперь можно производить в разумных количествах. Графен можно производить с использованием растворителей, хотя они очень токсичны. Исследователи искали более безопасные растворители, и это тоже кажется многообещающим.

В настоящее время графен часто производят с помощью химического осаждения из паровой фазы. Здесь графен формируется посредством слоя на материале подложки. Проблема в том, что уровень дефектов в графене высок. Новое исследование с использованием жидкости (с ее идеально плоской поверхностью) в качестве подложки может решить проблему частоты дефектов. Так что если предположить, что мы в конце концов сломаем массовое производство графена, почему мы хотим, чтобы он был в батареях?

Проблемы с литий-ионными аккумуляторами

Литиевые батареи являются наиболее энергоемкими аккумуляторами, которые вы можете найти в бытовой электронике. Они делают возможными такие устройства как смартфоны, дроны и электромобили. Однако литий. батареи нестабильны и нуждаются в большой защитной схеме, чтобы поддерживать их стабильность.

Они также ухудшаются с каждым перезарядом, ограничение количества энергии, которое они могут выдавать за один раз, и их нужно заряжать медленно, чтобы аккумулятор не перегрелся и не взорвался.

Аккумуляторы, дополненные графеном, могут исправить или смягчить многие из этих проблем. Добавление графена к современным литиевым батареям может значительно увеличить их емкость, помочь быстро и безопасно заряжаться, а также сделать их срок службы гораздо дольше, прежде чем они требуют замены.

Твердотельные аккумуляторы не имеют жидкого электролита. Это вещество, находящееся между двумя клеммами батареи и сохраняющее химическую энергию, которая превращается в электрический ток. Создание крупных практичных твердотельных батарей для коммерческого использования все еще остается целью исследования, но графен может быть правильным кандидатом, чтобы сделать твердотельные батареи реальностью массового рынка.

В графеновых твердотельных батареях он смешивается с керамикой или пластиком, чтобы добавить проводимость к тому, что обычно является непроводящим материалом. Например, ученые создали прототип графен-керамического твердотельного аккумулятора, который мог бы стать планом безопасной, быстрозарядной альтернативы литий-ионным аккумуляторам с летучими жидкими электролитами.

Графеновые батарейки звучат потрясающе, как из научной фантастики. Хорошая новость заключается в том, что вам действительно не нужно ждать, чтобы почувствовать преимущества графена. Хотя до твердотельных графеновых батарей еще осталось много лет, литиевые батареи с графеном уже есть на рынке.

К примеру, вы можете приобрести одну из батарей Elecjet Apollo, которые имеют графеновые компоненты, помогающие улучшить литиевую батарею внутри. Главным преимуществом здесь является скорость зарядки, поскольку Elecjet заявляет о 25-минутной зарядке от пустой до полной. Эти батареи лишь немного улучшены с помощью небольшого количества графена, но их стоимость не так высока, чтобы поставить их вне досягаемости обычных потребителей.

В течение следующих нескольких лет, когда стоимость производства графена падает, мы ожидаем, что все большее количество устройств пополнят свои литиевые батареи этим удивительным материалом. Однажды, возможно, твердотельные графеновые батареи станут следующей великой революцией в накоплении энергии.