Što su grafenske baterije
Možda će u vrlo bliskoj budućnosti doći do kraja hegemoniji litij-ionskih baterija, jer na scenu stupa nova vrsta baterija - grafen. Pa pogledajmo izbliza grafenske baterije i saznajmo koja svojstva imaju i zašto su tako dobra.
Što je grafen
Prvo, recimo nekoliko riječi o materijalu poput grafena. Ovaj su materijal ruski znanstvenici umjetno dobili 2004. godine, a strukturi je nalik filmu formiranom od atoma ugljika.
Jednostavno rečeno, grafen je grafitna ravnina, odvojena od opće strukture materijala. U tom su slučaju atomi raspoređeni tako da nastaje heksaedrična kristalna rešetka.
U tom je slučaju formirana tvar toliko gusta da ima povećani stupanj krutosti i kolosalnu granicu toplinske vodljivosti.
U tom se slučaju elektroni mogu slobodno kretati duž strukture filma, što otvara široke izglede za uvođenje novog materijala u poluvodičke krugove.
Grafen i baterije
Prvo područje na kojem je donesena odluka o upotrebi grafena je u proizvodnji automobilskih baterija.
U prvim eksperimentima grafen se kombinirao s litijem, no kako je praksa pokazala, to se pokazalo pogrešnom odlukom. To je zato što je litij izuzetno agresivna tvar, a litij eksplodira u dodiru s vodom.
Stoga su odbili instalirati takve preinake baterija na električna vozila, jer je u slučaju nesreće i oštećenja baterije bila vrlo velika vjerojatnost požara.
Također, za proizvodnju takvih baterija bila je potrebna velika količina litija, a ovo je skup metal.
Stoga je odlučeno potražiti alternativu litiju i pronađene su dvije mogućnosti odjednom:
1. Američki model. Prema njezinim riječima, izvor reakcije je već kobalt-litij i kompozitna katoda od silicijskih i grafenskih ploča.
2. Ruski model. Tamo gdje se koristi modifikacija magnezij-grafena, gdje je anoda litijeve soli uspješno zamijenjena magnezijevim oksidom (puno češća i jeftinija tvar).
No, unatoč različitim pristupima, prednosti i nedostaci grafenskih baterija identični su.
Prednosti i nedostaci grafenskih baterija
Usporedimo li klasične litij-ionske baterije s grafenom, one imaju sljedeće prednosti:
- Grafen se proizvodi od lako dostupnih i jeftinih sirovina.
- Proizvedeni materijal je vrlo lagan. Dakle, jedan četvorni metar grafena težak je samo 1 gram, a to vam omogućuje značajno smanjenje mase baterije.
- Ekolozi mogu mirno spavati jer je grafen ekološki prihvatljiv.
- Grafen ima povećanu čvrstoću i otpornost na vodu.
- Oštećene površine lako se obnavljaju.
- Provodljivost grafena znatno je veća od provodljivosti bilo kojeg drugog vodiča (naravno, trenutno).
- Povećani specifični kapacitet. Primjerice, automobil s ugrađenom grafenskom baterijom može voziti do 1.000 kilometara s jednim punjenjem. kilometara.
- Kapacitet grafenskih baterija ne smanjuje se zbog čestih ciklusa pražnjenja i punjenja.
- Puno vrijeme punjenja je samo 8 minuta.
Kao što vidite, prednosti su samo vagon i mala kolica, ali postoje i nedostaci, naime:
- Grafen ima prilično nisku gustoću, pa još uvijek postoje značajna ograničenja u njegovoj uporabi. Na primjer, mobitel s grafenskom baterijom bio bi prevelik.
Kako radi grafenska baterija
Zapravo, struktura grafenske baterije ne razlikuje se puno od strukture litij-ionske baterije s čvrstim elektrolitom. Jedino što je u slučaju grafena katoda izrađena od koksa od ugljena zbog činjenice da je njezina kemikalija. sastav je blizak čistom ugljiku, a grafit je zamijenjen grafenom.
Kako bi povećali kapacitet baterije, inženjeri su dodali dijelove silicija između slojeva grafena. A da bi se povećala brzina punjenja, na grafenskim pločama napravljene su male rupe promjera 15-20 nanometara.
To je sve, inače je to uobičajena baterija.
Zaključak
Bez sumnje, grafenske baterije i dalje će pronaći svoju nišu i sasvim je moguće da će u potpunosti zamijeniti litij-ionske baterije sa svog postolja, ali dok ne izađu na široko tržište, prerano je o tome govoriti. Pa, ako vam se svidio članak, podignite palac i pretplatite se. A još zanimljivije i korisnije možete pronaći na mojoj stranicigdje su članci objavljeni nešto ranije.