Ce sunt bateriile grafen

Poate că în viitorul foarte apropiat, hegemonia bateriilor litiu-ion se va încheia, deoarece un nou tip de baterie intră în scenă - grafenul. Deci, să aruncăm o privire mai atentă la bateriile de grafen și să aflăm ce proprietăți au și de ce sunt atât de bune.

Ce este grafenul

În primul rând, să spunem câteva cuvinte despre un material precum grafenul. Acest material a fost obținut artificial în 2004 de către oamenii de știință ruși și este o structură asemănătoare unui film formată din atomi de carbon.

Pur și simplu, grafenul este planul grafitului, separat de structura generală a materialului. În acest caz, atomii sunt aranjați, astfel încât se formează o rețea de cristal hexagonală.

În același timp, substanța formată este atât de densă încât are un grad crescut de rigiditate și o marjă colosală de conductivitate termică.

În acest caz, electronii se pot deplasa liber peste structura filmului, ceea ce deschide perspective largi pentru introducerea unui nou material în circuitele semiconductoare.

Grafen și baterii

Prima zonă în care s-a decis utilizarea grafenului este în producția de baterii auto.

În primele experimente, grafenul a fost combinat cu litiu, dar după cum a arătat practica, aceasta sa dovedit a fi o decizie greșită. Acest lucru se datorează faptului că litiul este o substanță extrem de agresivă, iar litiul explodează la contactul cu apa.

Prin urmare, au refuzat să instaleze astfel de modificări ale bateriilor pe vehiculele electrice, deoarece în caz de accident și deteriorarea bateriei exista o probabilitate foarte mare de incendiu.

De asemenea, pentru producerea unor astfel de baterii, era nevoie de o cantitate mare de litiu, iar acesta este un metal scump.

Prin urmare, s-a decis să se caute o alternativă la litiu și s-au găsit două opțiuni simultan:

1. Model american. Potrivit ei, sursa reacției este deja cobalt-litiu și un catod compus din plăci de siliciu și grafen.

2. Model rusesc. În cazul în care se utilizează modificarea magneziului-grafen, unde anodul sării de litiu a fost înlocuit cu succes cu oxid de magneziu (o substanță mult mai comună și mai ieftină).

Dar, în ciuda abordărilor diferite, avantajele și dezavantajele bateriilor cu grafen sunt identice.

Pro și contra bateriilor grafen

Dacă comparăm bateriile litiu-ion clasice cu grafenul, acestea din urmă sunt dotate cu următoarele avantaje:

- Grafenul este produs din materii prime ușor disponibile și ieftine.

- Materialul produs este foarte ușor. Deci, un metru pătrat de grafen cântărește doar 1 gram, iar acest lucru vă permite să reduceți semnificativ masa bateriei.

- Ecologiștii pot dormi bine, deoarece grafenul este ecologic.

- Grafenul a crescut rezistența și rezistența la apă.

- Suprafețele deteriorate sunt ușor restaurate.

- Conductivitatea grafenului este semnificativ mai mare decât cea a oricărui alt conductor (desigur, în acest moment).

- Creșterea capacității specifice. De exemplu, o mașină cu baterie de grafen instalată este capabilă să conducă până la 1.000 de kilometri cu o singură încărcare. kilometri.

- Capacitatea bateriilor cu grafen nu scade din cauza ciclurilor frecvente de descărcare-încărcare.

- Timpul complet de încărcare este de numai 8 minute.

După cum puteți vedea, avantajele sunt doar un vagon și o căruță mică, dar există și dezavantaje, și anume:

- Grafenul are o densitate destul de scăzută, deci există încă restricții semnificative privind utilizarea acestuia. De exemplu, un telefon mobil cu o baterie de grafen ar fi voluminos.

Cum funcționează o baterie de grafen

De fapt, structura unei baterii grafen nu este mult diferită de structura unei baterii litiu-ion cu un electrolit solid. Singurul lucru este că, în cazul grafenului, catodul este realizat din cocs de cărbune, datorită faptului că este chimic. compoziția este apropiată de carbonul pur, iar grafitul este înlocuit cu grafen.

Pentru a crește capacitatea bateriei, inginerii au adăugat secțiuni de siliciu între straturile de grafen. Și pentru a crește rata de încărcare, au fost făcute găuri mici cu diametrul de 15-20 nanometri în plăcile de grafen.

Atât, altfel este o baterie obișnuită.

Concluzie

Fără îndoială, bateriile cu grafen își vor găsi în continuare nișa și este foarte posibil să înlocuiască complet bateriile litiu-ion de pe soclul lor, dar până când vor intra pe piața largă, este prea devreme să vorbim despre acest lucru. Ei bine, dacă ți-a plăcut articolul, atunci ridică degetele mari și abonează-te. Și puteți găsi și mai interesant și util pe site-ul meu, unde articolele sunt publicate ceva mai devreme.