Что такое графеновые аккумуляторы
Возможно, в самом ближайшем будущем гегемония литий-ионных аккумуляторов подойдет к концу, ведь на сцену выходит новый тип аккумуляторов – графеновый. Так давайте познакомимся с графеновыми аккумуляторами поближе и узнаем какими свойствами они обладают и чем же они так хороши.
Что такое графен
Для начала давайте скажем несколько слов о таком материале как графен. Данный материал был искусственно получен еще в 2004 году российскими учеными и представляет из себя пленкообразную структуру, формированную из атомов углерода.
Если сказать по-простому, то графен – это плоскость графита, отделенная от общей структуры материала. При этом атомы расположены, так что формируется шестигранная кристаллическая решетка.
При этом образованное вещество настолько плотное, что обладает повышенной степенью жесткости и колоссальным запасом теплопроводности.
При этом электроны свободно могут перемещаться по структуре пленки, что открывает широкие перспективы для внедрения нового материала в полупроводниковые схемы.
Графен и аккумуляторы
Первой областью, где было принято решение использовать графен – это производство автомобильных аккумуляторов.
В первых опытах графен соединяли с литием, но как показала практика это оказалось неправильным решением. А все потому, что литий это крайне агрессивное вещество и при контакте с водой литий взрывается.
Поэтому такие модификации аккумуляторов отказались устанавливать на электромобили, ведь в случае ДТП и повреждения аккумуляторной батареи была очень высокая вероятность возгорания.
Так же для производства таких батарей нужно было большое количество лития – а это дорогой металл.
Поэтому было принято решение искать альтернативу литию и нашлось сразу два варианта:
- Американская модель. Согласно которой источником реакции выступает уже кобальт литий и составной катод из пластин кремния и графена.
- Российская модель. Где используется магний-графеновая модификация, где анод из литиевой соли успешно заменили на оксид магния (гораздо более распространенное и дешевое вещество).
Плюсы и минусы графеновых аккумуляторов
Если мы с вами сравним классические литий-ионные аккумуляторы с графеновыми, по последние наделены следующими преимуществами:
- Графен производится из легкодоступного и дешевого сырья.
- Производимый материал очень легкий, так один квадратный метр графена весит всего лишь 1 грамм, а это позволяет в значительной степени снижать массу аккумулятора.
- Экологи могут спать спокойно, так как графен экологически чист.
- Графен обладает повышенными показателями прочности и водонепроницательнсоти.
- Поврежденные участки поверхности легко восстанавливаются.
- Проводимость графена существенно выше чем у любого другого проводника (конечно на данный момент).
- Повышенная удельная емкость. Например, автомобиль у которого установлена графеновая батарея способен проехать на одном заряде до 1 тыс. километров.
- Емкость графеновых аккумуляторов не снижается по причине частых циклов разряд-заряд.
- Время полной зарядки составляет всего 8 минут.
Как видите плюсов просто вагон и маленькая тележка, но есть и свои минусы, а именно:
- У графена довольно низкая плотность, поэтому пока есть существенные ограничения в использовании. Например, сотовый телефон с графеновой батареей будет габаритным.
Как устроен графеновый аккумулятор
На самом деле графеновый аккумулятор по своему строению мало чем отличается от строения литий-ионной батареи с твердым электролитом.Единственное что в случае с графеном катод выполнен из угольного кокса, по причине того что его хим. состав приближен к чистому углероду, а графит заменен на графен.
