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:
1. Американская модель. Согласно ей, источником реакции выступает уже кобальт-литий и составной катод из пластин кремния и графена.
2. Российская модель. Где используется магний-графеновая модификация, где анод из литиевой соли успешно заменили на оксид магния (гораздо более распространенное и дешевое вещество).
Но несмотря на различные подходы преимущества и недостатки у графеновых аккумуляторов идентичные.
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 водонепроницаемости.
- 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.
Для того, чтобы повысить емкость батареи инженеры добавили между слоями графена участки из кремния. А для увеличения скорости зарядки в пластинах графена проделали небольшие отверстия по 15-20 нанометров в диаметре.
Вот и все, в остальном это обычная батарейка.
Заключение
Без сомнения графеновые аккумуляторы еще найдут свою нишу и вполне возможно полностью потеснят литий-ионные аккумуляторы с их пьедестала, но пока они не вышли на широкий рынок, говорить об этом рано. Ну, а если вам понравилась статья, тогда ставим палец вверх и подписываемся. А еще больше интересного и полезного вы сможете найти на сайте Энергофиксик, где статьи выходят несколько раньше.