17 лет спустя радикальный прорыв на пути к революции во всем.
В начале 2000-х два физика из Манчестерского университета сделали сенсационное открытие. В одном из своих экспериментов в пятницу вечером они выделили совершенно новое вещество, почти в шутку.
Это был материал с уникальными свойствами - самый тонкий и одновременно самый прочный из известных науке. Он был почти полностью прозрачным и в то же время настолько плотным, что даже препятствовал прохождению гелия, мельчайшего газообразного атома. Вероятно, это было самое необычное из когда-либо обнаруженных веществ - тонкий слой углерода толщиной в атом, обладающий уникальными свойствами, - графен.
Андре Гейму и Константину Новоселову это открытие, сделанное во время игры с липкой лентой, принесло им Нобелевскую премию. Тем не менее, с 2004 года ожидания увидеть его применение в реальном мире оставались лишь ожиданиями.
В течение почти двадцати лет графен не терял статуса «он произведет революцию в мире - в будущем». Лабораторные методы получения графена неприменимы для масштабного производства. А стоимость чистого производства в значительных объемах делала его цену недоступной для любой отрасли.
Но на исследование просто нужно больше времени. А сколько времени - это стало ясно в начале года, когда GAC Group объявила о начале серийного производства электромобилей с графеновыми батареями в сентябре.
Aion 5 станет первым автомобилем, оснащенным этой технологией. Первый, способный зарядиться с 0 до 80% за 8 минут. И первый, у которого автономия составляет 1000 км - почти в два раза больше, чем у Tesla Model 3.
Короче говоря, тот момент, которого ждали 17 лет, наконец-то настал.
Графен официально начал свою революцию!
Радикальная инновация
С момента своего создания графен нашел широкое применение - более быстрые компьютерные чипы, сверхэффективные солнечные элементы и, конечно же, супер батареи. Медицина, электроника, обработка света, энергетика и окружающая среда - вот лишь некоторые из отраслей, которые получат огромную выгоду от его внедрения. Графен произведет революцию в сегодняшних технологиях очистки воды, изменит подход к строительству зданий и даже представит новое решение для очистки ядерных отходов.
Однако из всех возможных применений особенно удивила его способность накапливать электроэнергию. Лист графена размером с футбольное поле будет весить всего несколько граммов, может быть спрессован в батарею АА и будет собирать больше энергии, чем любая другая батарея того же объема.
Кроме того, графен решает две важные проблемы литиевых батарей: склонность к деформации после разряда и плохую проводимость электричества.
Графен обладает высокой проводимостью, сохраняет свою форму, продлевает срок службы батареи и обеспечивает более быструю зарядку.
Литиевые батареи с внедрением графена, могут заряжаться быстрее, а также рассеивать больше тепла. И это имеет серьезные последствия не только для электромобилей.Электронным устройствам требуется больше времени для перегрева. Бытовая техника более эффективно обслуживает семьи, а автомобили быстрее заряжаются.
Наконец, графен принесет будущим поколениям батарей свойства, которые невозможно достичь с помощью современных технологий, такие как:
- Гибкость. Деформация аккумуляторных батарей означает нарушение целостности и функциональности. Вместо этого графен может адаптироваться к деформациям, не теряя своих свойств. То, что делает графеновые батареи очень привлекательными, например, для реализации складных электронных устройств, таких как смартфоны и планшеты.
- Растяжимость. Графен может удовлетворить потребности появляющейся растягиваемой электроники, что позволяет создавать устройства, которые могут деформироваться без изменения функциональности и надежности. Например, укороченный графен используется для производства суперконденсаторов, которые могут растягиваться в восемь раз своей длины.
- Можно носить. Графен открывает новые возможности для текстиля. Его можно легко адаптировать, собрать в микроволокна и вплетать в ткани, используя обычную технологию ткачества. Еще в 2011 году первые графеновые батареи на текстильной основе были получены путем покрытия хлопчатобумажных тканей графеном.
- Быстрая зарядка. Литий-ионные батареи страдают от долгого времени перезарядки. Когда потребители ищут что-то, что может перезаряжаться за минуты, если не за секунды. С этой целью графен может увеличить емкость литий-ионных аккумуляторов и улучшить скорость их зарядки.
- Прозрачность. Обладая прозрачностью 97%, графен будет способствовать развитию прозрачной электроники, делая полностью прозрачные дисплеи возможными и более эффективными.
- Долговечность. И последнее, но не менее важное: графен обеспечит большую емкость хранения и более длительный жизненный цикл. Допустимые диапазоны для электромобилей и время работы электронных устройств, недостижимые с текущими батареями.
Наверное, слишком радикально
Когда в январе GAC Group заявила о разработке масштабируемой производственной системы для графеновых батарей, многие сочли это блефом. Некоторые эксперты утверждали, что до графеновых батарей еще далеко и что технология еще не созрела. Другие утверждали, что можно производить великолепные прототипы, но это невозможно в больших масштабах, особенно для производителя автомобилей. Но, несмотря на все опасения, GAC Group подтвердила свою точку зрения на самом раннем этапе проведения Дня технологий в июле.
Китайский производитель также сообщил, что аккумулятор уже прошел самые строгие испытания - такие как Battery Shooting Test - и что он уже покинул лаборатории, готовый войти в реальный мир.
В настоящее время никто, кроме компании, не знает, какой тип графена используется, не говоря уже о процессе производства. Что известно, так это то, что GAC Group решила проблему цены на графен, снизив его стоимость в 10 раз.
Но по мере решения одной проблемы возникает другая.
Для обеспечения обещанного времени зарядки требуются сверхмощные станции - более 600 кВт. GAC Group построит более 100 из них в 2021 году, но существует риск того, что такие сооружения приведут электросеть в штопор. Эксперты и владельцы графеновых стартапов уже указывали на проблему в прошлом году, за несколько месяцев до того, как GAC Group обнародовала свои планы в январе.
«Электросеть с трудом справляется даже с тем, что у нас есть прямо сейчас, по крайней мере, когда мы говорим о районе залива. А на графеновые баттареи потребуется огрмное количество энергии. Это не просто строительство атомной электростанции. Это еще и подача электроэнергии: врядли городская проводка сможет выдержать этот скачок напряжения» - сказал Самуэль Гонг, генеральный директор стартапа, специализирующегося на графене.
Последние мысли
Шумиха вокруг графена часто была вызвана необходимостью для ученых вызвать интерес к своей работе. Но в конце концов все ожидания в отношении этого материала воплощаются в нечто осязаемое.
Если демонстрация Aion V на Дне технологий получит дальнейшее подтверждение, когда начнется промышленное производство, мы будем в начале эпохальной революции для всего мира, всех технологий и материалов.
В будущем графен будет применяться практически во всем. Но на данный момент - автомобиль, доступный для большинства людей, является хорошим вариантом для отказа от ископаемого топлива.
Читайте также:
Бессмертные медузы: чему ученые могут научиться у вечно живущих существ?
Как ДНК решит нашу проблему с хранением информации? Жесткие диски на основе ДНК
#прогресс #будущее #машины #аккумуляторы #графен
