Τι είναι οι μπαταρίες γραφενίου

Ίσως στο εγγύς μέλλον, η ηγεμονία των μπαταριών ιόντων λιθίου θα τελειώσει, επειδή ένας νέος τύπος μπαταρίας εισέρχεται στη σκηνή - γραφενίου. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στις μπαταρίες γραφενίου και μάθετε ποιες ιδιότητες έχουν και γιατί είναι τόσο καλές.

Τι είναι το γραφένιο

Αρχικά, ας πούμε λίγα λόγια για ένα υλικό όπως το γραφένιο. Αυτό το υλικό αποκτήθηκε τεχνητά το 2004 από Ρώσους επιστήμονες και είναι μια δομή τύπου φιλμ που σχηματίζεται από άτομα άνθρακα.

Με απλά λόγια, το γραφένιο είναι το επίπεδο του γραφίτη, που διαχωρίζεται από τη γενική δομή του υλικού. Σε αυτήν την περίπτωση, τα άτομα είναι διατεταγμένα, έτσι ώστε να σχηματίζεται ένα εξαγωνικό κρυσταλλικό πλέγμα.

Ταυτόχρονα, η σχηματισμένη ουσία είναι τόσο πυκνή που έχει αυξημένο βαθμό ακαμψίας και κολοσσιαίο περιθώριο θερμικής αγωγιμότητας.

Σε αυτήν την περίπτωση, τα ηλεκτρόνια μπορούν ελεύθερα να κινούνται πάνω από τη δομή της μεμβράνης, η οποία ανοίγει ευρείες προοπτικές για την εισαγωγή ενός νέου υλικού σε κυκλώματα ημιαγωγών.

Graphene και μπαταρίες

Ο πρώτος τομέας όπου αποφασίστηκε η χρήση γραφενίου είναι η παραγωγή μπαταριών αυτοκινήτου.

Στα πρώτα πειράματα, το γραφένιο συνδυάστηκε με λίθιο, αλλά όπως έχει δείξει η πρακτική, αυτό αποδείχθηκε λανθασμένη απόφαση. Αυτό συμβαίνει επειδή το λίθιο είναι μια εξαιρετικά επιθετική ουσία και το λίθιο εκρήγνυται κατά την επαφή με το νερό.

Ως εκ τούτου, αρνήθηκαν να εγκαταστήσουν τέτοιες τροποποιήσεις μπαταριών σε ηλεκτρικά οχήματα, διότι σε περίπτωση ατυχήματος και ζημιάς στην μπαταρία υπήρχε πολύ μεγάλη πιθανότητα πυρκαγιάς.

Επίσης, για την παραγωγή τέτοιων μπαταριών, χρειάστηκε μεγάλη ποσότητα λιθίου, και αυτό είναι ένα ακριβό μέταλλο.

Ως εκ τούτου, αποφασίστηκε να αναζητηθεί μια εναλλακτική λύση για το λίθιο και βρέθηκαν δύο επιλογές ταυτόχρονα:

1. Αμερικανικό μοντέλο. Σύμφωνα με αυτήν, η πηγή της αντίδρασης είναι ήδη κοβάλτιο-λίθιο και μια σύνθετη κάθοδος από πλάκες πυριτίου και γραφενίου.

2. Ρωσικό μοντέλο. Όπου χρησιμοποιείται τροποποίηση μαγνησίου-γραφενίου, όπου η άνοδος του άλατος λιθίου αντικαταστάθηκε επιτυχώς με οξείδιο του μαγνησίου (μια πολύ πιο κοινή και φθηνότερη ουσία).

Ωστόσο, παρά τις διαφορετικές προσεγγίσεις, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των μπαταριών γραφενίου είναι ίδια.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των μπαταριών γραφενίου

Εάν συγκρίνουμε τις κλασικές μπαταρίες ιόντων λιθίου με το γραφένιο, οι τελευταίες διαθέτουν τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:

- Το Graphene παράγεται από άμεσα διαθέσιμες και φθηνές πρώτες ύλες.

- Το υλικό που παράγεται είναι πολύ ελαφρύ. Έτσι, ένα τετραγωνικό μέτρο γραφενίου ζυγίζει μόνο 1 γραμμάριο και αυτό σας επιτρέπει να μειώσετε σημαντικά τη μάζα της μπαταρίας.

- Οι περιβαλλοντολόγοι μπορούν να κοιμηθούν καλά, καθώς το γραφένιο είναι φιλικό προς το περιβάλλον.

- Το Graphene έχει αυξημένη αντοχή και αντοχή στο νερό.

- Οι κατεστραμμένες επιφάνειες αποκαθίστανται εύκολα.

- Η αγωγιμότητα του γραφενίου είναι σημαντικά υψηλότερη από εκείνη κάθε άλλου αγωγού (φυσικά αυτή τη στιγμή).

- Αυξημένη ειδική χωρητικότητα. Για παράδειγμα, ένα αυτοκίνητο με εγκατεστημένη μπαταρία γραφενίου μπορεί να οδηγήσει έως και 1.000 χιλιόμετρα με μία μόνο φόρτιση. χιλιόμετρα.

- Η χωρητικότητα των μπαταριών γραφενίου δεν μειώνεται λόγω των συχνών κύκλων εκφόρτισης.

- Ο πλήρης χρόνος φόρτισης είναι μόνο 8 λεπτά.

Όπως μπορείτε να δείτε, τα πλεονεκτήματα είναι απλώς ένα βαγόνι και ένα μικρό καλάθι, αλλά υπάρχουν επίσης μειονεκτήματα, δηλαδή:

- Το Graphene έχει σχετικά χαμηλή πυκνότητα, επομένως εξακολουθούν να υπάρχουν σημαντικοί περιορισμοί στη χρήση του. Για παράδειγμα, ένα κινητό τηλέφωνο με μπαταρία γραφενίου θα ήταν ογκώδες.

Πώς λειτουργεί η μπαταρία γραφενίου

Στην πραγματικότητα, η δομή μιας μπαταρίας γραφενίου δεν διαφέρει πολύ από τη δομή μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου με έναν συμπαγή ηλεκτρολύτη. Το μόνο πράγμα είναι ότι στην περίπτωση του γραφενίου, η κάθοδος είναι φτιαγμένη από άνθρακα οπτάνθρακα, λόγω του γεγονότος ότι το χημικό του. Η σύνθεση είναι κοντά στον καθαρό άνθρακα και ο γραφίτης αντικαθίσταται από γραφένιο.

Προκειμένου να αυξηθεί η χωρητικότητα της μπαταρίας, οι μηχανικοί πρόσθεσαν τμήματα πυριτίου μεταξύ των στρωμάτων γραφενίου. Και για να αυξηθεί ο ρυθμός φόρτισης, δημιουργήθηκαν μικρές οπές διαμέτρου 15-20 νανομέτρων στις πλάκες γραφενίου.

Αυτό είναι όλο, διαφορετικά είναι μια κανονική μπαταρία.

συμπέρασμα

Χωρίς αμφιβολία, οι μπαταρίες γραφενίου θα βρουν ακόμα τη θέση τους και είναι πολύ πιθανό ότι θα αντικαταστήσουν εντελώς τις μπαταρίες ιόντων λιθίου από το βάθρο τους, αλλά έως ότου εισέλθουν στην ευρεία αγορά, είναι πολύ νωρίς για να μιλήσουμε για αυτό. Λοιπόν, αν σας άρεσε το άρθρο, τοποθετήστε τους αντίχειρές σας και εγγραφείτε. Και ακόμη πιο ενδιαφέρον και χρήσιμο μπορείτε να βρείτε στον ιστότοπό μου, όπου τα άρθρα έχουν δημοσιευτεί κάπως νωρίτερα.