Vad är grafenbatterier

Kanske inom den allra närmaste framtiden kommer hegemonin hos litiumjonbatterier att ta slut, eftersom en ny typ av batteri kommer in på scenen - grafen. Så låt oss titta närmare på grafenbatterier och ta reda på vilka egenskaper de har och varför de är så bra.

Vad är grafen

Låt oss först säga några ord om ett material som grafen. Detta material erhölls artificiellt 2004 av ryska forskare och är en filmliknande struktur bildad av kolatomer.

Enkelt uttryckt är grafen planet för grafit, åtskilt från materialets allmänna struktur. I detta fall är atomerna ordnade så att ett sexkantigt kristallgitter bildas.

Samtidigt är den bildade substansen så tät att den har en ökad grad av styvhet och en kolossal marginal för värmeledningsförmåga.

I detta fall kan elektroner fritt röra sig över filmens struktur, vilket öppnar stora möjligheter för införandet av ett nytt material i halvledarkretsar.

Grafen och batterier

Det första området där man beslutade att använda grafen är produktionen av bilbatterier.

I de första experimenten kombinerades grafen med litium, men som praxis har visat visade det sig vara fel beslut. Detta beror på att litium är en extremt aggressiv substans och litium exploderar vid kontakt med vatten.

Därför vägrade de att installera sådana modifieringar av batterier på elfordon, för i händelse av en olycka och skada på batteriet fanns det mycket stor sannolikhet för brand.

För produktion av sådana batterier behövdes också en stor mängd litium, och detta är en dyr metall.

Därför beslutades att leta efter ett alternativ till litium och två alternativ hittades samtidigt:

1. Amerikansk modell. Enligt henne är reaktionskällan redan kobolt-litium och en kompositkatod av kisel- och grafenplattor.

2. Rysk modell. Där magnesium-grafen-modifiering används, där litiumsaltanoden framgångsrikt har ersatts med magnesiumoxid (en mycket vanligare och billigare substans).

Men trots olika tillvägagångssätt är fördelarna och nackdelarna med grafenbatterier identiska.

För- och nackdelar med grafenbatterier

Om vi ​​jämför klassiska litiumjonbatterier med grafen har de senare följande fördelar:

- Grafen är tillverkad av lättillgängliga och billiga råvaror.

- Det producerade materialet är väldigt lätt. Så en kvadratmeter grafen väger bara 1 gram, och detta gör att du kan minska batteriets massa avsevärt.

- Miljöaktivister kan sova bra eftersom grafen är miljövänlig.

- Grafen har ökat hållfastheten och vattentåligheten.

- Skadade ytor kan enkelt återställas.

- Grafens ledningsförmåga är betydligt högre än för någon annan ledare (naturligtvis just nu).

- Ökad specifik kapacitet. Till exempel kan en bil med ett grafenbatteri installerat köra upp till 1000 kilometer på en enda laddning. kilometer.

- Kapaciteten hos grafenbatterier minskar inte på grund av frekventa urladdningscykler.

- Full laddningstid är bara 8 minuter.

Som du kan se är fördelarna bara en vagn och en liten vagn, men det finns också nackdelar, nämligen:

- Grafen har en ganska låg densitet, så det finns fortfarande betydande begränsningar för dess användning. Till exempel skulle en mobiltelefon med grafenbatteri vara skrymmande.

Hur ett grafenbatteri fungerar

Faktum är att grafenbatteriets struktur inte skiljer sig mycket från strukturen hos ett litiumjonbatteri med en solid elektrolyt. Det enda är att katoden i grafen är gjord av kolkoks på grund av att den är kemisk. kompositionen är nära rent kol och grafit ersätts med grafen.

För att öka batteriets kapacitet lade ingenjörerna till kiselsnitt mellan grafenskikten. Och för att öka laddningshastigheten gjordes små hål med 15-20 nanometer i diameter i grafenplattorna.

Det är allt, annars är det ett vanligt batteri.

Slutsats

Utan tvekan kommer grafenbatterier fortfarande att hitta sin nisch och möjligen helt skjuta litiumjonbatterier från deras piedestal, men tills de går in på den breda marknaden är det för tidigt att prata om det. Tja, om du gillade artikeln, lägg sedan tummen och prenumerera. Och ännu mer intressant och användbart kan du hitta på min webbplatsdär artiklarna publiceras lite tidigare.