Wat zijn grafeenbatterijen

Misschien komt er in de zeer nabije toekomst een einde aan de hegemonie van lithium-ionbatterijen, omdat er een nieuw type batterij op de markt komt: grafeen. Laten we daarom grafeenbatterijen eens nader bekijken en ontdekken welke eigenschappen ze hebben en waarom ze zo goed zijn.

Wat is grafeen

Laten we eerst een paar woorden zeggen over een materiaal als grafeen. Dit materiaal werd in 2004 kunstmatig verkregen door Russische wetenschappers en is een filmachtige structuur gevormd uit koolstofatomen.

Simpel gezegd, grafeen is het vlak van grafiet, gescheiden van de algemene structuur van het materiaal. In dit geval zijn de atomen gerangschikt, zodat een hexagonaal kristalrooster wordt gevormd.

Tegelijkertijd is de gevormde substantie zo dicht dat deze een verhoogde mate van stijfheid en een enorme marge van thermische geleidbaarheid heeft.

In dit geval kunnen elektronen vrij over de structuur van de film bewegen, wat brede perspectieven opent voor de introductie van een nieuw materiaal in halfgeleiderschakelingen.

Grafeen en batterijen

Het eerste gebied waar werd besloten om grafeen te gebruiken, is de productie van auto-accu's.

In de eerste experimenten werd grafeen gecombineerd met lithium, maar zoals de praktijk heeft aangetoond, bleek dit een verkeerde beslissing te zijn. Dit komt omdat lithium een ​​extreem agressieve stof is en lithium explodeert bij contact met water.

Daarom weigerden ze dergelijke modificaties van batterijen op elektrische voertuigen te installeren, omdat er bij een ongeval en schade aan de batterij een zeer grote kans op brand was.

Ook was voor de productie van dergelijke batterijen een grote hoeveelheid lithium nodig, en dit is een duur metaal.

Daarom werd besloten om op zoek te gaan naar een alternatief voor lithium en werden er twee opties tegelijk gevonden:

1. Amerikaans model. Volgens haar is de reactiebron al kobalt-lithium en een samengestelde kathode van silicium- en grafeenplaten.

2. Russisch model. Waar magnesium-grafeen-modificatie wordt gebruikt, waar de lithiumzoutanode met succes is vervangen door magnesiumoxide (een veel wijdverspreider en goedkopere stof).

Maar ondanks verschillende benaderingen zijn de voor- en nadelen van grafeenbatterijen identiek.

Voors en tegens van grafeenbatterijen

Als we klassieke lithium-ionbatterijen vergelijken met grafeen, hebben deze laatste de volgende voordelen:

- Grafeen wordt gemaakt van gemakkelijk verkrijgbare en goedkope grondstoffen.

- Het geproduceerde materiaal is erg licht. Dus een vierkante meter grafeen weegt slechts 1 gram, en hiermee kun je de massa van de batterij aanzienlijk verminderen.

- Milieuactivisten kunnen goed slapen omdat grafeen milieuvriendelijk is.

- Grafeen heeft een verhoogde sterkte en waterbestendigheid.

- Beschadigde oppervlakken worden gemakkelijk hersteld.

- De geleidbaarheid van grafeen is aanzienlijk hoger dan die van elke andere geleider (natuurlijk op dit moment).

- Verhoogde specifieke capaciteit. Een auto met een ingebouwde grafeenbatterij kan bijvoorbeeld tot 1.000 kilometer rijden op één lading. kilometers.

- De capaciteit van grafeenbatterijen neemt niet af als gevolg van frequente ontlaad-laadcycli.

- De volledige oplaadtijd is slechts 8 minuten.

Zoals je ziet zijn de voordelen slechts een wagen en een kleine kar, maar er zijn ook nadelen, namelijk:

- Grafeen heeft een vrij lage dichtheid, dus er zijn nog steeds aanzienlijke beperkingen aan het gebruik ervan. Een mobiele telefoon met een grafeenbatterij zou bijvoorbeeld omvangrijk zijn.

Hoe een grafeenbatterij werkt

In feite verschilt de structuur van een grafeenbatterij niet veel van de structuur van een lithium-ionbatterij met een vaste elektrolyt. Het enige is dat in het geval van grafeen de kathode is gemaakt van steenkoolcokes, vanwege het feit dat het chemisch is. de compositie is bijna pure koolstof en grafiet is vervangen door grafeen.

Om de capaciteit van de batterij te vergroten, hebben de ingenieurs siliciumsecties toegevoegd tussen de grafeenlagen. En om de oplaadsnelheid te verhogen, werden kleine gaatjes met een diameter van 15-20 nanometer in de grafeenplaten gemaakt.

Dat is alles, anders is het een gewone batterij.

Conclusie

Grafeenbatterijen zullen ongetwijfeld nog steeds hun niche vinden en het is heel goed mogelijk dat ze lithium-ionbatterijen volledig van hun voetstuk zullen vervangen, maar totdat ze de brede markt betreden, is het te vroeg om hierover te praten. Nou, als je het artikel leuk vond, steek dan je duimen omhoog en abonneer je. En nog interessanter en nuttiger kun je vinden op mijn site, waar de artikelen iets eerder zijn gepubliceerd.