Такой материал, как графен был открыт ещё в 2004 году. В 2010 году искусственным путем его получили ученые из России Константин Новоселов и Андрей Гейм. Сейчас это граждане Великобритании, проживающие за границей. Они не смогли синтезировать графен на подложке из оксида кремния. В качестве одного из направлений использования графена называется разработка аккумуляторов с весьма перспективными характеристиками. В этой небольшой заметке мы коротко расскажем об устройстве графеновой аккумуляторной батареи, ее плюсах и минусах, а также перспективах развития.
Устройство
В основе графенового аккумулятора, естественно, лежат электрохимические процессы. Однако реакция здесь совершенно другая, нежели чем в свинцово-кислотной автомобильной батарее. Скорее, устройство графеновых аккумуляторов ближе к литий-полимерным АКБ. Здесь дело еще в том, что существуют две технологии по выпуску эмуляторов этого типа.
· В качестве катода применяются пластины кремния и графена, которые чередуются. Анодом является кобальтат лития (LiCoO2).
· Второй вариант подразумевает использование оксида магния вместо LiCoO2. А в остальном устройство совпадает.
На изображении ниже схематически показано протекание электрохимической реакции в графеновом аккумуляторе.
Как можно видеть, кроме материалов никаких принципиальных различий с остальными типами аккумуляторов здесь. При разряде электрохимическая реакция идёт в одну сторону, при заряде ─ в другую.
Плюсы и минусы
К преимуществам графенового аккумулятора можно отнести следующие.
· Электропроводность этого материала во много раз выше полупроводниковых материалов, известных сейчас.
· Экологически чистый.
· Можно регулировать параметры посредством сочетания графина с прочими элементами.
· Недорогое исходное сырье.
· Удельный вес графеновых аккумуляторов существенно меньше, чем свинцово-кислотных.
· Высокая прочность и стойкость к влаге.
· Большая удельная ёмкость.
· Легко можно устранять различные повреждения.
Среди недостатков графеновых аккумуляторов специалисты называют низкую плотность. Она не позволяет в настоящее время использовать их в качестве элементов питания мобильных устройств. Графеновые батареи получаются слишком крупные для этого. Однако самой большой проблемой является не это, а то, что до сих пор не налажено крупносерийное производство графеновых аккумуляторных батарей. Все сроки, которые заявлялись ранее, не выполнены.
Перспективы
Исследование графеновых аккумуляторов и попытки наладить их серийный выпуск предпринимаются в различных странах мира. Однако готовой технологии пока нет. Специалисты заявляют, что наиболее перспективным направлением для графеновых аккумуляторов является автомобильная промышленность. Некоторое время назад проводились испытания тестовой графеновой АКБ на модели Tesla Model S. Благодаря использованию этой батареи пробег автомобиля может быть увеличен с 400 до 1000 км. А на заряд полностью разряженного аккумулятора потребуется не больше 10 минут.
Когда мы увидим на электромобилях графеновые аккумуляторы, сказать сложно. И увидим ли вообще, неизвестно. Сейчас на подавляющем большинстве электромобилей применяются литий-ионные АКБ. А японцы, например, вместо изобретения супер батареи с графеном уже идут другим путём. Крупные автомобильные компании страны восходящего солнца объединяются для создания сети заправочных станций, где будут использоваться сменные аккумуляторные батареи унифицированного стандарта. Это позволит решить проблему длительной зарядки электромобилей.
А как вы думаете, увидим ли мы графеновые аккумуляторы в автомобильной индустрии или в любой другой? Пишите ваше мнение в комментариях!