Графеновые батареи и технология полностью объяснены

Материалы для аккумуляторов, разработанные Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией (PNNL) Министерства энергетики и корпорацией Vorbeck Materials Corp. из Джессапа, штат Мэриленд, позволяют перезаряжать электроинструменты и другие устройства, в которых используются литий-ионные аккумуляторы.всего за несколько минут а не часы. Кроме того, технология графеновых батарей обещает увеличение емкости за счет использования кремниевых анодов вместо углеродных в новых решениях для литий-ионных аккумуляторов.

Кроме того, некоторые производители, такие как Positec (производящий Worx, Rockwell и Kress), уже используют некоторые технологии графеновых батарей в некоторых портативных электроинструментах.

Графен существует в виде одного слоя атомов углерода. Эти атомы расположены в организованном шестиугольном порядке. Графен представляет собой почти «двумерный» материал с некоторыми уникальными физическими и химическими свойствами, которые дают ему ряд преимуществ. К ним относятся высокая электропроводность, отличная механическая прочность и высокая теплопроводность.

Фактически, графен в 100 раз эффективнее проводит электричество, чем медь! Он также пропускает электроны в 140 раз быстрее, чем кремний. Именно поэтому графеновый материал так важен для открытия способов более быстрой зарядки аккумуляторов.

Производители (и ученые) считают графен перспективным материалом для широкого спектра применений. Основываясь как на исследованиях, так и на том, как мы видим его сегодняшнее использование, он может сыграть очень важную роль в электронике, хранении энергии и композитах. Учитывая уникальные свойства графена, он потенциально может совершить революцию в области хранения энергии и плотности мощности, доступной в лучших электроинструментах.

Изобретение графеновых батарей началось с открытия способа получения графена в одноатомной форме. Обычно это приписывают команде исследователей из Манчестерского университета, Великобритания. Команда под руководством лауреатов Нобелевской премии сэра Андре Гейма и российско-британского физика Константина Новоселова обнаружила некоторые интересные свойства графена в 2004 году.

Во время одного из еженедельных «пятничных вечерних экспериментов» Андре и Кости двое ученых использовали липкую ленту, чтобы удалить несколько хлопьев из куска объемного графита. Заметив, что некоторые чешуйки тоньше других, они продолжили эксперименты. Многократно разделяя фрагменты графита, они в конечном итоге создали чешуйки толщиной всего в один атом! Этот эксперимент привел к первому выделению графена.

Vorbeck Materials Corp. сотрудничала с Ильханом Аксаем, профессором химической и биологической инженерии Принстонского университета. Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория (PNNL) продемонстрировала, что небольшие количества графена — ультратонкого листа атомов углерода — могут значительно улучшить мощность и циклическую стабильность литий-ионных батарей. Кроме того, он может делать это, сохраняя при этом высокую емкость хранения энергии.

В 2016 году пекинская компания Dongxu Optoelectronic Technology представила аккумулятор G-King емкостью 4800 мАч. Эта батарея типа ноутбука заряжается менее чем за 15 минут и выдерживает до 3500 циклов зарядки.

В 2017 году Институт передовых технологий Samsung (SAIT) анонсировал свой «графеновый шар». Этот уникальный материал для аккумуляторов продемонстрировал увеличение емкости на 45% в сочетании со скоростью зарядки до 5 раз по сравнению со стандартной литий-ионной батареей.

Новая технология обещает огромные преимущества для мобильных устройств, а также электромобилей. Рынок электромобилей обретет значительный смысл, если вы поймете, что графеновый шар может выдерживать стабильную температуру 60 градусов по Цельсию.

Компания Samsung стала пионером в методах синтеза графена в трехмерной форме и последующего применения его в батареях. Это было сделано с использованием доступного кремнезема (SiO2). Они нанесли этот «графеновый шарик» как на анодный защитный слой, так и на катодные материалы в литий-ионных батареях.

Плотность мощности стандартных литий-ионных аккумуляторов продолжает расти, но они не добились огромных успехов в сокращении времени зарядки. Графеновые батареи имеют два основных преимущества перед стандартными литий-ионными:

Принцип его работы прост — по крайней мере, теоретически. Использование батарей на основе графена — совершенно новое направление. Он заставляет аккумуляторные элементы заряжаться быстрее. Литий-ионные аккумуляторы работают путем переноса ионов лития между катодом и анодом с помощью жидкого электролита. Это занимает определенное время, особенно на этапе перезарядки.