Hvad er grafenbatterier

Måske i den nærmeste fremtid vil hegemoniet med lithium-ion-batterier slutte, fordi en ny type batteri kommer ind på scenen - grafen. Så lad os se nærmere på grafenbatterier og finde ud af, hvilke egenskaber de har, og hvorfor de er så gode.

Hvad er grafen

Lad os først sige et par ord om et materiale som grafen. Dette materiale blev kunstigt opnået tilbage i 2004 af russiske forskere og er en filmlignende struktur dannet af kulstofatomer.

Kort sagt, grafen er grafitplanet adskilt fra materialets generelle struktur. I dette tilfælde er atomerne arrangeret, så der dannes et sekskantet krystalgitter.

Samtidig er det dannede stof så tæt, at det har en øget grad af stivhed og en kolossal margen for varmeledningsevne.

I dette tilfælde kan elektroner bevæge sig frit over filmens struktur, hvilket åbner for brede udsigter til introduktion af et nyt materiale i halvlederkredsløb.

Grafen og batterier

Det første område, hvor beslutningen blev taget om at bruge grafen, er produktionen af ​​bilbatterier.

I de første eksperimenter blev grafen kombineret med lithium, men som praksis har vist, viste det sig at være den forkerte beslutning. Dette skyldes, at lithium er et ekstremt aggressivt stof, og lithium eksploderer ved kontakt med vand.

Derfor nægtede de at installere sådanne ændringer af batterier på elektriske køretøjer, fordi der i tilfælde af en ulykke og beskadigelse af batteriet var meget stor sandsynlighed for brand.

Også til produktion af sådanne batterier var der behov for en stor mængde lithium, og dette er et dyrt metal.

Derfor blev det besluttet at lede efter et alternativ til lithium, og der blev fundet to muligheder på én gang:

1. Amerikansk model. Ifølge hende er reaktionskilden allerede kobolt-lithium og en sammensat katode af silicium og grafenplader.

2. Russisk model. Hvor magnesium-grafen-modifikation anvendes, hvor lithiumsaltanoden med succes er blevet erstattet med magnesiumoxid (et meget mere almindeligt og billigere stof).

Men på trods af forskellige tilgange er fordele og ulemper ved grafenbatterier identiske.

Fordele og ulemper ved grafenbatterier

Hvis vi sammenligner klassiske lithium-ion-batterier med grafen, har sidstnævnte følgende fordele:

- Grafen er fremstillet af let tilgængelige og billige råvarer.

- Det producerede materiale er meget let. Så en kvadratmeter grafen vejer kun 1 gram, og dette giver dig mulighed for at reducere batteriets masse betydeligt.

- Miljøforkæmpere kan sove godt, da grafen er miljøvenlig.

- Grafen har øget styrke og vandmodstand.

- Beskadigede overfladearealer genoprettes let.

- Grafens ledningsevne er signifikant højere end nogen anden leder (selvfølgelig i øjeblikket).

- Øget specifik kapacitet. For eksempel er en bil med et installeret grafenbatteri i stand til at køre op til 1.000 kilometer på en enkelt opladning. kilometer.

- Grafenbatteriets kapacitet falder ikke på grund af hyppige afladningscyklusser.

- Fuld opladningstid er kun 8 minutter.

Som du kan se, er fordelene kun en vogn og en lille vogn, men der er også ulemper, nemlig:

- Grafen har en ret lav densitet, så der er stadig betydelige begrænsninger i brugen. For eksempel ville en mobiltelefon med et grafenbatteri være voluminøs.

Sådan fungerer et grafenbatteri

Faktisk er strukturen af ​​et grafenbatteri ikke meget forskellig fra strukturen af ​​et lithium-ion-batteri med en solid elektrolyt. Det eneste er, at i tilfælde af grafen er katoden lavet af kulkoks på grund af det kemiske. sammensætningen er tæt på rent kulstof, og grafit erstattes af grafen.

For at øge batteriets kapacitet tilføjede ingeniørerne siliciumsnit mellem grafenlagene. Og for at øge opladningshastigheden blev der lavet små huller med en diameter på 15-20 nanometer i grafenplader.

Det er alt, ellers er det et almindeligt batteri.

Konklusion

Uden tvivl vil grafenbatterier stadig finde deres niche og muligvis helt skubbe lithium-ion-batterier fra deres piedestal, men indtil de kommer ind på det brede marked, er det for tidligt at tale om det. Nå, hvis du kunne lide artiklen, så læg tommelfingrene op og abonner. Og endnu mere interessant og nyttigt kan du finde på min sidehvor artiklerne er offentliggjort lidt tidligere.