Графеновая батарея: Графеновые батареи: что это такое и почему за ними будущее?

Содержание

Графеновые батареи: что это такое и почему за ними будущее?

Сегодня смартфоны удовлетворяют почти всем нашим требованиям. Яркие и сочные дисплеи, превосходного качества корпуса, выполненные из стекла и металла, громкие мультимедийные динамики, ну и, конечно же, камеры, благодаря которым мы совершаем превосходные снимки — всё это делает наше взаимодействие со смартфоном максимально комфортным. Но при всех этих плюсах есть один существенный недостаток — автономное время работы устройств.

Литий-ионные аккумуляторы хорошо зарекомендовали себя на рынке и уже более 29 лет занимают первое место в обеспечении смартфонов энергией. Однако нельзя отрицать, что годы идут, а начинка смартфонов становится мощнее и питать такое количество компонентов становится всё сложнее, поэтому индустрия нуждается в «свежей крови». Одним из таких решений может стать графен.

До сих пор графеновые аккумуляторы не имеют широкого применения в смартфонах или любых других гаджетах повседневного использования, но всё это вопрос времени. Многие считают, что в скором будущем графен совершит революцию и вытеснит популярные литий-ионные аккумуляторы.

Что мы знаем о графене и его свойствах?

Графен — это сложное соединение атомов углерода, связанных в так называемую сотовую структуру, благодаря чему он обладает рядом интересных свойств. Например, является самым мощным в мире проводником электрической и тепловой энергии, очень гибок и чрезвычайно лёгок. Кроме того, графен экологичен и устойчив к разного рода воздействиям.

Что касается батарей, в которых будет использоваться этот материал, то скорее всего его используют в качестве «суперконденсатора» — аналога аккумуляторной батареи, который позволит увеличить автономное время работы, а также уменьшит время зарядки.

Об отличиях литий-ионных и графеновых батарей

Несмотря на то, что литий-ионные и графеновые батареи могут хранить и передавать энергию аналогичным образом, в конструктивных аспектах и областях применения, они отличаются друг от друга, с точки зрения срока службы эксплуатации, безопасности и скорости передачи энергии.

Основополагающей причиной, по которой графеновые батареи более эффективны, чем нынешние литий-ионные батареи — их способность рассеивать тепло. Когда происходит передача тепла, создается большое количество энергии из-за сопротивления проводников. С увеличением тепловой энергии сопротивление возрастает ещё больше, создавая так называемый цикл неэффективности. Относительное превышение тепла и сопротивления приводит к деградации батареи и устройства в целом. Вспомните хотя бы печальный опыт Samsung Galaxy Note 7.

Дабы предотвратить катастрофические сбои, литий-ионные аккумуляторы используются вместе с графеном, для улучшения характеристик катодного проводника. Таким образом, литий-ионные батареи с применением графена известны как гибриды, за счёт чего они имеют большую зарядную ёмкость, меньший вес, больший срок службы и более быстрое время зарядки, чем традиционные батареи. Гибридные батареи, вероятно, станут первыми графеновыми батареями потребительского сегмента, которые появятся на рынке.

В настоящее время графен является одним из самых проводящих материалов в мире с относительно низким уровнем сопротивления. Низкие уровни сопротивления контролируют уровни нагрева, тем самым поддерживая общие температуры в минимальном и безопасном диапазоне.

А что дальше и в чём подвох?

Не смотря на все перечисленные достоинства графеновых батарей, в настоящее время графен все еще находится на начальной стадии развития с точки зрения его коммерциализации, в качестве аккумуляторной технологии. Этой несомненно перспективному материалу ещё предстоит преодолеть множество проблем, включая чрезвычайно высокую стоимость производства. По мере того как производственный процесс становится более доступным и усовершенствованным, возможности применения графена будут значительно расти.

Наиболее обнадеживающим применением графена является его интеграция с литий-ионными батареями, гибридами. Но если вы ещё сомневаетесь в этой технологии, то вот список компаний, которые уже инвестируют в развитие этого направления: Samsung, Microsoft, Tesla, Huawei, Cabot Corporation, Grabat Graphenano Energy, Nanotech Energy, Nanotek Instruments, XG Sciences. Все они проявили большой энтузиазм в разработке подобных аккумуляторов, сделав большой вклад в развитие технологий графеновых батарей.

Трудно предсказать дальнейшее будущее аккумуляторов с использованием графена, но совершенно точно можно сказать, что графен станет важной частью следующего шага развития технологий аккумуляторных батарей.

Графеновый аккумулятор. Прорыв в создании устройств хранения энергии

Графеновые аккумуляторы окажут громадное влияние на все сферы повседневной жизни. Для примера, удельная емкость литий-ионного аккумулятора применяемого в настоящее время, составляет 200 Вт/ч на 1 кг веса. Графеновый аккумулятор такого же веса имеет удельную емкость 1000 Вт/ч. Очевидно, что графеновая аккумуляторная батарея установленная, например, в Tesla Model S способна увеличить пробег электромобиля с 334 км до 1013 км на одной подзарядке. Кроме всего прочего такие батареи можно зарядить менее чем за 10 минут. Конечно, чтобы достичь такой скорости заряда необходима мощная зарядная станция, но это уже не такая большая проблема.

 

Графеновый аккумулятор такого же веса как литий-ионный (при 200 Вт/ч на 1 кг веса) имеет удельную емкость 1000 Вт/ч. Такая батарея установленная, например, в Tesla Model S способна увеличить пробег электромобиля с 334 км до 1013 км на одной подзарядке

 

Еще в декабре 2018 года индийская компания Log 9 Materials объявила, что работает над металлическими воздушно-воздушными батареями на основе графена, что в теории может даже привести к появлению электрических транспортных средств, работающих на воде. Металлические воздушные батареи используют металл в качестве анода, воздух (кислород) в качестве катода и воду в качестве электролита. В воздушном катоде батарей используется стержень графена. Поскольку кислород должен использоваться в качестве катода, катодный материал должен быть пористым, чтобы воздух мог проходить, свойство, в котором графен превосходит другие. Согласно Log 9 Materials, графен, используемый в электроде, способен увеличить эффективность батареи в пять раз при стоимости в одну треть.

 

 

 

Новые разработки графеновых аккумуляторов

 

Многие разработчики верят, что будущие аккумуляторы станут иметь совсем другую форму, строение и химический состав по сравнению с литий-ионными, которые в последнее десятилетие вытеснили иные технологии со многих рынков. Они считают, что будущее за графеновыми аккумуляторами.

 

Сравнительно недавно Graphenano, компания из Испании, продемонстрировала прототип графен-полимерного аккумулятора обладающего уникальной способностью – требуемое время его заряда в 3 раза меньше, чем для обыденных литий-ионных аккумуляторов. Конечно же успехи этой компании подхлестнули громадный интерес различных производителей, которые стали тотчас предвкушать все выгоды применения таких аккумуляторов.

Эра графеновых аккумуляторов способна кардинальным образом изменить все мировое автомобилестроение.

В компании Graphenano разработали аккумулятор Grabat, который может обеспечить запас хода электромобиля до 800 км.  Ёмкость 2,3-вольтового Grabat огромна: около 1000 Вт⋅ч/кг. Для сравнения, у лучших образцов литий-ионных аккумуляторов — на уровне 180 Вт⋅ч/кг. Разработчики утверждают, что аккумулятор заряжается всего за несколько минут — скорость зарядки/разрядки в 33 раза выше, чем у литий-ионных. Быстрая разрядка особенно важна для обеспечения высокой динамики разгона электромобилей. Графеновые батареи менее громоздкие, чем их литий-ионные аналоги: масса графенового аккумулятора вдвое меньше массы литий-ионного. И что не маловажно, такие батареи не могут взорваться.

 

В конце 2015 года Graphenano открыли завод площадью более 7000 квадратных метров по производству графен-полимерных аккумуляторов в испанском городе Екла, благодаря объединению усилий с группой химиков из Национального университета Кордовы и компанией Grabat Energy. Было создано специальное оборудование для обеспечения 20 сборочных линий на 80 миллионов ячеек. Эти аккумуляторы не будут производить газ и не будут пожароопасными, заявляют в Graphenano, даже короткое замыкание им не будет страшно. Полимер был сертифицирован при сотрудничестве с институтами Декра (Испания) и TUV (Германия).

 

 

 

Графен представляет собой слой атомов углерода толщиной в один атом, расположенный в гексагональной решетке (в виде шестиугольников). Это строительный блок углерода, но графен сам по себе является замечательным веществом, обладающим множеством удивительных свойств, которые постоянно дают ему название «чудо-материал».

Графен — это слой атомов углерода толщиной в один атом, расположенный в гексагональной решетке.

 

 

Как улучшить характеристики существующих аккумуляторов

 

В области аккумуляторов обычные материалы для аккумуляторных электродов (и перспективные) значительно улучшаются при добавлении графена. Графеновая батарея может быть легкой, долговечной и подходящей для накопления энергии большой емкости, а также для сокращения времени зарядки. Это продлит срок службы батареи, что связано с количеством углерода, который нанесен на материал или добавлен к электродам для достижения проводимости, а графен добавляет проводимости, не требуя количества углерода, которое используется в обычных батареях.

 

Графен может улучшить такие свойства батареи, как плотность энергии и форму, различными способами. Так литий-ионные аккумуляторы (и другие типы аккумуляторных батарей) могут быть улучшены путем введения графена в анод аккумулятора и использования проводимости материала и характеристик большой площади поверхности для достижения морфологической оптимизации и производительности.

 

Также было обнаружено, что создание гибридных материалов также может быть полезным для улучшения качества батареи. Например, гибрид катализа оксида ванадия (VO2) и графена может быть использован на литий-ионных катодах и обеспечивает быструю зарядку и разрядку, а также большую стойкость цикла зарядки. В этом случае VO2 обладает высокой энергоемкостью, но плохой электрической проводимостью, что можно решить, используя графен в качестве своего рода структурной «основы», на которой можно присоединить VO2- создавая гибридный материал, который обладает как повышенной емкостью, так и превосходной проводимостью.

 

Исследователи ищут новые типы активного электродного материала, чтобы вывести батареи на новый уровень высокой производительности и долговечности и сделать их более подходящими для больших устройств. Наноструктурированные материалы ионно-литиевых батарей могут обеспечить хорошее решение. По последним данным исследователи из Венского университета и международные ученые разработали новый наноструктурированный анодный материал для ионно-литиевых батарей, который увеличивает емкость и срок службы батарей.

 

2D/3D нанокомпозит на основе смешанного оксида металла и графена, разработанный двумя учеными и их командами, как утверждается, серьезно улучшает электрохимические характеристики литий-ионных аккумуляторов. Основанный на смешанном мезопористом оксиде металла в сочетании с графеном, этот материал может обеспечить новый подход к более эффективному использованию батарей в больших устройствах, таких как электрические или гибридные транспортные средства. Новый электродный материал обеспечил значительно улучшенную удельную емкость с беспрецедентной обратимой циклической стабильностью в течение 3000 обратимых циклов зарядки и разрядки даже при очень высоких режимах тока до 1280 миллиампер. Для сравнения, современные литий-ионные аккумуляторы теряют свою эффективность после примерно 1000 циклов зарядки.

 

Устройство графенового аккумулятора. Расщепленный кристалл стремится снова стать объемным. Ученым удается сдерживать двухмерную структуру и заставить работать в виде гальванического элемента. Стабильность зависит от подобранной электронной пары. Устройством аккумулятор напоминает литий-ионные, но вместо графитового слоя внедрен графеновый. Российские исследователи заменили анод оксидом магния. Композиция дешевле, меньше нагревается аккумулятор и уменьшается опасность возгорания.

 

 

Финансовые проблемы реализации научных достижений

 

Проблема создания новых аккумуляторных батарей еще и в том, что сейчас исследованиями в области элементов питания занимается слишком много компаний. Проектов просто огромное количество — от «пенных» и жидких батарей до аккумуляторов с экзотическими соединениями в составе электролита. И явного лидера среди всех этих компаний нет. Особого энтузиазма такая ситуация не вызывает и среди инвесторов, которые не слишком охотно выделяют деньги на новые проекты.

 

А денег требуется много. «Для того, чтобы создать небольшую промышленную линию по производству аккумуляторов, создаваемых по новым технологиям, требуется около $500 млн. И даже, если бы перспективный аккумулятор был создан, перевести научную работу в сферу коммерции не так просто. Разработчики мобильных устройств или производители электромобилей будут тестировать новые батареи годами, прежде, чем принять решение. Инвестиции за это время не окупятся, а компания-разработчик будет убыточной. Ученые утверждают, что наладить промышленную линию стоимостью в $500 млн. сложно, особенно, если бюджет на год составляет $5 млн.

 

И даже в том случае, когда новая технология попадет на рынок, производителю аккумуляторов нового типа придется пережить нелегкий период адаптации и поиска покупателей. Но пока что до этого этапа никто не доходил. Так, компании Leyden Energy и A123 Systems, разработавшие новые, вполне перспективные технологии, так и не вышли на рынок. Им просто не хватило для этого денег. Еще два перспективных «энергетических» стартапа, Seeo и Sakti3, были куплены другими компаниями. Причем суммы этих двух сделок были гораздо ниже того, на что рассчитывали первые инвесторы компаний.

Крупнейшие производители электроники, Samsung, LG и Panasonic, заинтересованы больше в совершенствовании текущих своих продуктов и увеличении числа их функций, чем в получении батарей нового типа. Поэтому пока что продолжается процесс оптимизации Li-Ion батарей, созданных еще в 70-х годах прошлого века. Остается надеяться, что у графеновых аккумуляторов все же получится разорвать порочный круг.

 

Графен обеспечил значительно улучшенную удельную емкость с беспрецедентной обратимой циклической стабильностью в течение 3000 обратимых циклов зарядки и разрядки даже при очень высоких режимах тока до 1280 миллиампер.

 

 

Что дальше?

 

Сегодня на исследования графена выделено несколько миллиардов долларов, и по прогнозам ученых, этот материал сможет заменить собою кремний в полупроводниковой промышленности. Графен несомненно перевернет мир технологий, в том числе и созданием новых аккумуляторных батарей в ближайшие годы, не в последнюю очередь еще и потому, что он недорог в производстве, и очень распространен в природе. Каждая из стран имеет его в изобилии.

 

Аккумуляторы на основе графена быстро становятся сопоставимыми по эффективности с традиционными твердотельными аккумуляторами. Они все время продвигаются, и скоро они превзойдут своих твердотельных предшественников. Дополнительные преимущества, связанные с присутствием графена в электродах, могут быть полезны, даже если эффективность не так высока. Для батарей, которые обладают аналогичной эффективностью, графеновые батареи являются идеальным выбором, они начали набирать обороты на коммерческом рынке. Ожидается, что мировой рынок графеновых аккумуляторов к 2022 году достигнет 115 миллионов долларов, увеличившись в среднем на 38,4% в течение прогнозируемого периода с рынком с доходом около 38% ».

 

Шведские исследователи из Chalmers смешивают графен и серу для новых литиево-серных батареи, теоретическая плотность энергии которых примерно в пять раз выше, чем у литий-ионных. Новая идея исследователей — пористый губчатый аэрогель, изготовленный из восстановленного оксида графена, который действует как автономный электрод в элементе батареи и позволяет лучше и более эффективно использовать серу.

 

 

Удивительные свойства графена

 

Графен является самым тонким материалом, известным человеку, толщиной в один атом, а также невероятно прочным — примерно в 200 раз прочнее стали. Кроме того, графен является отличным проводником тепла и электричества и обладает интересными способностями поглощения света. В целом графен характеризуется как материал с наивысшей подвижностью электронов среди всех известных материалов. Графеновый слой можно представить, как одну молекулу в которой электроны без преград передвигаются между ее границами – таким образом графеновый проводник способен проводить электричество практически без потерь.

Графен  – легкий, он весит всего 0,77 миллиграмма на квадратный метр. Поскольку это один 2D-лист, он имеет самую высокую площадь поверхности из всех материалов.

Листы графена являются гибкими, и фактически графен является наиболее растяжимым кристаллом — вы можете растянуть его до 20% от его первоначального размера, не разбивая его. Наконец, идеальный графен также очень непроницаем, и даже атомы гелия не могут пройти через него.

Он также считается экологически чистым и устойчивым, с неограниченными возможностями для многочисленных применений. Это действительно материал, который может изменить мир с неограниченным потенциалом для интеграции практически в любую отрасль.

Когда листы графена предоставлены сами себе, они будут складываться и образовывать графит, который является наиболее стабильной трехмерной формой углерода при нормальных условиях.

Графеновый слой можно представить, как одну молекулу в которой электроны без преград передвигаются между ее границами. 

 

 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!

Email*

Подписаться

Коммерческий графеновый аккумулятор — теперь реальность

Мы много раз слышали о том, что производители смартфонов планируют использовать графеновые аккумуляторы в своих смартфонах, однако до сих пор ни одна компания не представила такие устройства. Ситуация может измениться очень скоро.

Американская компания Real Graphene работает над аккумуляторами с улучшенными характеристиками, которые, по словам представителей компании, практически готовы для массового коммерческого использования. Главным преимуществом графеновой батареи является то, что она заряжается очень быстро.

Исполнительный директор Real Graphene Сэмюэль Гонг (Samuel Gong) отметил, что полная зарядка графенового аккумулятора емкостью 3000 мА•ч занимает около 20 минут при использовании 60-ваттной зарядки. Это в разы быстрее, чем заряжаются современные аккумуляторы большинства смартфонов.

Он добавил, что большинство аккумуляторов современных смартфонов выдерживают от 300 до 500 циклов зарядки без существенного ухудшения характеристик. А батареи Real Graphene могут выдержать около 1500 циклов при той же емкости. Поскольку графеновый аккумулятор генерирует гораздо меньше тепла, он оказывается холоднее и безопаснее.

Компания утверждает, что она предоставляет своим клиентам комплексное решение, которое включает батарею и специальный чипсет, необходимый для зарядки. Хотя компания еще не заключила соглашение с производителями смартфонов, она начала продавать портативные аккумуляторы Real Graphene.

Версия на 10 000 мА•ч предлагается за 90 долларов, а 100-ваттный блок питания обойдется в 15 долларов. Также ожидается версия емкостью 20 000 мА•ч. Они работают не так быстро, как будут работать будущие графеновые аккумуляторы смартфонов, но все равно заряжаются быстрее конкурентов. Производитель заявляет, что 20-минутной зарядки внешнего аккумулятора хватает, чтобы полностью зарядить смартфон, а полная зарядка базовой версии занимает 55 минут.

В Австралии создали аккумуляторы из алюминия и графена, которые заряжаются в 60 раз быстрее литийионных

Австралийская компания Graphene Manufacturing Group (GMG) из Брисбена на основе разработки Австралийского института биоинженерии и нанотехнологий Квинслендского университета (UQ) создала аккумуляторы, которые по многим параметрам выглядят намного лучше современных литиевых батарей. Это прорыв, говорят разработчики и обещают через год начать массовое производство новинки.

Источник изображения: Graphene Manufacturing Group

Новые аккумуляторы из алюминия и графена дешевле, не используют редкоземельных металлов, не горят, выдерживают колоссальные токи и широкий диапазон рабочих температур. Подобные перезаряжаемые элементы питания могут подтолкнуть далеко вперёд развитие электрического транспорта. Впрочем, для электромобилей алюминиево-ионные графеновые аккумуляторы компания GMG обещает начать выпускать только в 2024 году, тогда как со следующего года она запустит в производство аккумуляторы для других нужд.

Источник изображения: Graphene Manufacturing Group

Отчего так нескоро? В компании заявляют, что для выпуска алюминиево-ионных графеновых аккумуляторов для электромобилей необходимо создать элементы в стандартных формфакторах и со стандартными электрическими характеристиками, в частности — с таким же напряжением, как литийионные батареи. Пока же компания намерена выпускать революционные элементы в собственном формфакторе, который оптимизирован под фирменную технологию. Это не станет проблемой для выпуска целого спектра продукции на «алюминиевых» батареях, только бы компания сдержала своё обещание.

Источник изображения: Graphene Manufacturing Group

Катод алюминиево-ионной графеновой батареи представляет собой несколько слоёв перфорированного графена с порами примерно 2,3 нм. В поры уложены атомы алюминия, что делает материал довольно плотным с точки зрения возможности запасать энергию и способным пропускать намного большие токи, чем литийионные. Также следует учитывать, что каждый ион алюминия в процессе заряда обменивается на катоде на три электрона, тогда как ион лития обменивается только на один электрон.

Источник изображения: Graphene Manufacturing Group

Заявленные разработчиками токовые характеристики алюминиево-ионных графеновых аккумуляторов достигают 149 мА·ч/г и 5 А/г. По энергоёмкости «алюминиевые» батареи на 30–40 % хуже хороших современных литиевых батарей, но в три раза лучше лучших лабораторных образцов алюминиево-ионных аккумуляторов, которые прежде были разработаны в Стэнфордском университете. Австралийские аккумуляторы в нынешнем виде обещают удельную энергоёмкость до 160 Вт·ч/кг и мощность до 7000 Вт/кг.

Источник изображения: Graphene Manufacturing Group

Благодаря способности выдерживать большие токи разработчики называют свои батареи чуть ли не суперконденсаторами. Элемент типа «монетка» заряжается за несколько секунд в отличие от литиевых аналогов. С этих элементов, кстати, компания GMG рассчитывает начать коммерческое производство алюминийионных аккумуляторов в конце нынешнего года или в начале следующего. Что же, надеемся вскоре увидеть что-то новое и необычное на рынке аккумуляторов.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Что такое графеновая батарея и зачем она нужна в смартфоне

Samsung, как сообщается, собирается выпустить в следующем году по крайней мере один смартфон с графеновой батареей вместо уже ставшей стандартом литий-ионной батареи. Да, вы, возможно, слышали о том, что графеновые батареи собирались устанавливать в смартфоны еще несколько лет назад. А некоторые из вас и того могли задаться вопросом, – «А что это вообще за графеновые батареи такие?». В чем преимущество графеновых аккумуляторов перед литий-ионными и зачем производителям смартфонов устанавливать их в свои устройства, мы расскажем в этом материале.

Что такое графеновая батарея

В прошлом году слухи о том, что Samsung близка к использованию графеновых батарей в своих смартфонах, стали распространяться в китайской соцсети Weibo, но, как мы все знаем, ни одно такое устройство еще не появилось на рынке. Что же такого особенного в графеновых батареях? Что ж, благодаря специальному материалу, из которого изготавливаются графеновые батареи, они могут заряжаться в пять раз быстрее, чем литий-ионные.

Этот материал также позволяет увеличить емкость батареи на 45 процентов, а еще он может выдерживать более высокие температуры. Именно благодаря устойчивости к более высоким температурам, на графеновые батареи может подаваться бОльшее напряжение, позволяя им заряжаться в разы быстрее аналогов.

Зачем производителям смартфонов графеновые батареи

Все вышеописанные преимущества будут полезны для современных смартфонов, особенно учитывая тенденцию рынка делать их все тоньше и тоньше от модели к модели. Вот мне интересно, до каких пор будет продолжаться уменьшение толщины корпуса смартфонов? Пока они не станут толщиной с лист бумаги? В таком случае им останется питаться только энергией космоса, ведь относительно громоздкий аккумулятор – это основная причина, почему смартфоны так сложно сделать гибкими и ультратонкими.

К слову, новенький Galaxy Note 10+ имеет толщину корпуса всего 7,9 мм, что почти на 1 мм меньше, чем у Galaxy Note 9. Конечно, Samsung все же удалось оснастить Note 10+ батареей емкостью 4300 мАч, но никто не будет жаловаться, если в такой же корпус засунут, скажем, батарею емкостью 5000 мАч, да еще и с гораздо более высокой скоростью зарядки, чем есть сейчас.

Читайте также: Все, что вам нужно знать о работе аккумулятора вашего Android-смартфона

Сколько времени покупателям придётся ждать, прежде чем они смогут купить смартфон с графеновой батареей, можно только догадываться. Samsung, вероятно, станет первым производителем, представившим такой телефон на рынке, и, как я уже сказал в начале, случится это может уже в 2020 году. Как обычно, подобные слухи, стоит воспринимать с определенной долей скептицизма.

Делитесь своим мнением в комментариях под этим материалом и в нашем Telegram-чате.

Графеновые аккумуляторы и их особенности

Еще не так давно появление гибридных автомобилей, которые являлись сочетанием электромотора и обычного двигателя внутреннего сгорания, казалось чем-то невообразимым.

Немало людей считало, что альтернативы ДВС не существует. Но сейчас электрические автомобили стали вполне привычным явлением, а стремительное развитие технологий позволяет сделать их намного более доступными.

Основным вариантом движущей силы в автомобиле является электрический мотор. Питание его осуществляется от специальной версии автомобильного аккумулятора, являющегося именно тем компонентом, который постоянно пытаются усовершенствовать. Первоочередной задачей является то, чтобы автомобиль мог проехать как можно большее расстояние без подзарядки и обслуживания. На данный момент, наибольшее распространение получили литиевые аккумуляторные батареи. Но уже в скором времени у них может появиться серьезный конкурент в виде графеновых аккумуляторов.

Что представляет собой графен. Графеновые аккумуляторные батареи, аналогично литиевым, являются тяговыми, а не стартерными, как на моделях автомобилей с ДВС. Графен является достаточно интересным новым материалом, позволяющим значительно повысить работоспособность автомобильных элементов питания, которая будет составлять от нескольких сотен до тысяч километров, проходимых машиной без подзарядки. Этот материал представляет собой кристаллы углеводорода, с расположением атомов в единой плоскости, с толщиной листа, равной толщине одного атома. Отличительными особенностями графена являются повышенная энергоемкость и прочность. Итоговое вещество может быть охарактеризовано, как пленка из углерода, толщина которой — одна миллионная от толщины обычного бумажного листа.

Устройство графеновой батареи. Принцип работы такого типа батарей совершенно не отличается от свинцово-кислотных аккумуляторов стандартной конструкции. Несмотря на то, что в ней протекают аналогичные электрохимические процессы, реакции абсолютно другие. Это касательно внутреннего устройства графенового типа аккумуляторов.

Что такое графеновая батарея? | New-Science.ru

Технология аккумуляторов в наши дни значительно улучшилась. Но если есть одна вещь, которую люди никогда не смогут получить достаточно, так это обещание длительного срока службы аккумулятора. Разве не было бы здорово, если бы наши ноутбуки и смартфоны продержались целую неделю в интенсивном режиме с одной зарядкой? Или что, если бы электромобили могли быть полностью заряжены за несколько минут?

С графеновыми батареями это все возможно.

Графен в настоящее время является наиболее изученным материалом для хранения заряда. Результаты, полученные в различных лабораториях по всему миру, подтверждают его потенциал, чтобы произвести революцию в отрасли хранения энергии.

Обнаруженный в 2004 году, графен может представить много новых возможностей для устройств хранения энергии в следующем десятилетии, таких как полностью вращающиеся батареи, меньшие по размеру конденсаторы, устройства высокой емкости и быстрой зарядки, а также прозрачные батареи.

Давайте копнем глубже и узнаем больше об этой революционной технологии: чем она отличается от существующих литий-ионных аккумуляторов, каковы ее области применения и почему это так важно.

Что такое графеновая батарея?

Графен, состоящий из атомов углерода, образующих двумерную кристаллическую решётку, признан «чудо-материалом» благодаря своим уникальным свойствам. Это отличный проводник тепла и электричества, впечатляюще гибкий, почти прозрачный, в 100 раз прочнее стали той же толщины и чрезвычайно легкий.

А поскольку материал также экологичен и устойчив, он обладает неограниченными возможностями в широком спектре применений. Одним из таких многообещающих применений является батарея следующего поколения.

Графен может быть интегрирован в различные типы батарей: металл-воздушные, окислительно-восстановительные, литий-металлические, литий-серные и, что более важно, литий-ионные батареи. Он может быть химически обработан в различных вариантах, подходящих как для отрицательных, так и для положительных электродов.

Батареи, сделанные из графена, могут питать все, от карманных устройств до электромобилей. Они обладают большей мощностью и имеют более длительный срок службы, чем существующие коммерческие (литий-ионные) батареи.

Графен как аккумулятор может также использоваться в качестве суперконденсатора, который может заряжаться и разряжаться невероятно быстро. На самом деле, они могут помочь цивилизации наконец-то отойти от вредных ископаемых видов топлива.

Чем они отличаются от традиционных батарей?

Технология графеновых аккумуляторов аналогична литий-ионным аккумуляторам: у них есть два твердых электрода и раствор электролита, обеспечивающий поток ионов. Однако некоторые графеновые батареи содержат твердый электролит.

Основное различие заключается в составных частях одного или обоих электродов. В обычной батарее катод (положительный электрод) полностью изготовлен из твердотельных материалов. Однако в графеновой батарее катод состоит из гибридного компонента, который содержит графен и твердотельный металлический материал.

Количество графена, используемого в электроде, варьируется в зависимости от эффективности твердотельного материала и требований к характеристикам. Кроме того, графен, как анод, обеспечивает высокую емкость и превосходную производительность.

Текущие проблемы

В последние годы исследователи продемонстрировали различные батареи на основе графена, которые превосходят имеющиеся в продаже. Однако эта технология еще не вышла на рынок. Еще предстоит преодолеть два серьезных препятствия:

  1. Отсутствие эффективных процессов получения качественного графена в больших количествах.
  2. Себестоимость производства на данный момент непомерно высока.

Производство одного килограмма графена стоит десятки тысяч долларов: количество варьируется в зависимости от требований к качеству материалов. Поскольку активированный уголь, который в настоящее время используется в суперконденсаторах, доступен по низкой цене (15 долларов за кг), другим материалам очень трудно выйти на коммерческий рынок.

12 новых характеристик графеновых батарей

Вскоре из графена можно будет создать устройства хранения энергии нового поколения с необычными характеристиками, которые невозможны с помощью современных технологий.

1. суперконденсаторы с линейной фильтрацией переменного тока

Электрический двухслойный конденсатор на основе вертикально ориентированных листов графена мог заряжаться / разряжаться очень быстро (менее чем за миллисекунду). Десятки материалов были протестированы для фильтрации линии переменного тока, в том числе оксид графена, ковер графен-УНТ (углеродная нанотрубка) и квантовые точки графена.

Такие сверхбыстрые суперконденсаторы могут заменить большие электролитические конденсаторы, которые в настоящее время используются в электронике, делая электронные устройства легче и меньше.

2. Гибкие накопители энергии

Существующие батареи и суперконденсаторы являются жесткими: таким образом, их изгиб может привести к утечке электролита и повреждению элементов. Однако графен с его двумерной структурой толщиной в один атом может деформироваться в направлении, нормальном к его поверхности, не вызывая никаких повреждений.

Помимо присущей ему механической гибкости, феноменальные электрические характеристики и большая площадь поверхности делают графен перспективным материалом для гибких батарей.

3. Растягивающиеся батареи и суперконденсаторы

Растяжимые устройства накопления энергии могут быть созданы за счет использования структурной растяжимости электродов из микрочастиц из композита графена-УНТ / активного материала и физически сшитого гелевого электролита.

Пленка графен-УНТ / активный материал на растягиваемой подложке

Активные материалы, соединенные через спутанные углеродные нанотрубки и графеновые листы, обеспечивают механически устойчивый пористый сетевой каркас, а внутренний выступающий каркас в сотовой структуре позволяет осуществлять структурное растяжение при деформации.

4. Литий-ионные аккумуляторы с быстрой зарядкой

Поскольку графен обеспечивает более быстрый перенос ионов и электронов в электродах, литий-ионные батареи, оснащенные графеном, можно заряжать и разряжать гораздо быстрее.

Например, литий-ионный аккумулятор с наноразмерным катодом из LiFePO 4 и анодом из Li 4 Ti 5 O 12 на гибкой графеновой пене может быть полностью заряжен всего за 18 секунд. Чистый графен также можно использовать на аноде для увеличения емкости и сверхбыстрой скорости заряда/разряда.

5. Аккумуляторы для носимых устройств

Последние достижения в области коаксиальных электродов и электродов с сердечником и оболочкой сделали возможным объединение электродного материала и токосъемника в единую пряжу, которую можно ткать или связывать непосредственно в текстиль.

Графен может быть эффективно собран в многофункциональные микроволокна и вплетен в ткани. Микроволокна с графеновым сердечником и оболочкой уже использовались для демонстрации гибких и растяжимых суперконденсаторов (с высокой поверхностной емкостью), которые можно встраивать в текстиль с использованием традиционных методов ткачества.

6. Ультратонкие токоприемники для легких устройств

В существующих батареях используются токосъемники из металлической фольги (например, из меди, алюминия или никеля) толщиной 20-80 микрометров для облегчения потока электронов между электродами и внешними цепями. Поскольку эти металлы не накапливают заряд, они снижают общую плотность энергии батареи. Кроме того, они подвержены коррозии, что отрицательно сказывается на внутреннем сопротивлении элемента и сроке службы батареи.

С другой стороны, графен — лучший альтернативный токоприемник. Он имеет высокую электропроводность, низкую плотность и может стабильно работать в экстремальных условиях эксплуатации. Графен может быть легко преобразован в пленки с рябью и морщинами на его поверхности, что приводит к лучшему электрическому контакту с активными материалами (это дополнительно снижает сопротивление ячейки).

Графен легко трансформируется в пленки с волнами и складками на поверхности, что приводит к лучшему электрическому контакту с активными материалами (это еще больше снижает сопротивление ячейки).

7. Прозрачные батареи и суперконденсаторы

Благодаря своей высокой проводимости и приличной прозрачности (коэффициент пропускания до 97,7%) графен может сыграть значительную роль в повышении эффективности прозрачных батарей. Его можно использовать в качестве электродного материала не только для разработки прозрачных накопителей энергии, но и для умных окон, солнечных элементов и различного оптоэлектронного оборудования.

8. Батареи с увеличенным сроком службы

В современных литий-ионных батареях используются графитовые аноды. Его плотность энергии можно увеличить, заменив графит графеном.

Графеновые электроды в виде свернутой графеновой бумаги, пористых графеновых пленок и каркасов из сольватированного графена обладают в три раза большей емкостью, чем традиционные графитовые электроды, обещая более длительный диапазон для электромобилей и более длительное время работы для портативных устройств.

Емкость и плотность мощности могут быть дополнительно улучшены путем легирования графеновых анодов азотом и бором.

9. Оксид графена в качестве твердого электролита и сепаратора

Оксид графена — хороший электронный изолятор. Его можно использовать одновременно как надежный твердый электролит и как разделитель электродов. Некоторые исследования показывают, что пленка оксида графена, действующая как твердый электролит, обладает высокой емкостью, но с незаметной ионной диффузией, как в диэлектрических конденсаторах.

Эти наблюдения могут помочь исследователям разработать сверхбыстрые, легкие, энергоемкие конденсаторы, которые не страдают от диффузии ионов, что часто является причиной опасности утечки электролита.

10. Суперконденсаторы с удельной энергией батарей

Суперконденсаторы, изготовленные из [пористой и плотной] графеновой пены, как правило, имеют сверхвысокую плотность энергии, сравнимую со свинцово-кислотными батареями. Эти графеновые пены создаются путем созданием крошечных отверстий в базальных плоскостях графена и последующего их сжатия с помощью современного гидравлического оборудования.

Основное преимущество графеновых суперконденсаторов по сравнению с традиционными заключается в том, что они работают с водными электролитами и могут изготавливаться без сложной сборки в «сухом помещении».

11. Полупроницаемые мембраны из оксида графена

Оксидные мембраны графена обладают различными уникальными барьерными свойствами. В сухом состоянии эти мембраны непроницаемы для всего, за исключением водяного пара. В воде они ведут себя как молекулярные сита, блокируя крупные ионы и облегчая перенос более мелких.

Эти особенности могут привести к разработке ионоселективных мембран нового поколения для суперконденсаторов, батарей и топливных элементов.

12. Электроды без связующих и добавок

Связующее и добавки вместе составляют до 40% массы электрода. Он известен как «мертвая масса», потому что он не накапливает заряд и, таким образом, снижает общую плотность энергии.

Но поскольку графен может быть собран в автономные 2D- и 3D-структуры с высокой электропроводностью, можно напрямую включать графен в электроды без добавления каких-либо связующих и проводящих агентов.

Последние исследования

В последнее десятилетие ученые сосредоточились на улучшении комплексных электрохимических характеристик и надежности существующих батарей. Они разработали и протестировали множество различных вариантов батарей, оснащенных графеновыми композитными материалами.

Литий-ионный аккумулятор на основе оптимизированных нанокомпозитов графен/кремний

Исследователи изготовили оптимизированный восстановленный графеноксидный/кремниевый композит, используя простой шаблонный метод самосборки. Графен равномерно поддерживает наночастицы кремния, образуя трехмерную сеть (за счет усиленного межмолекулярного взаимодействия и увеличенной удельной поверхности).

Синтетическая стратегия оптимизированного композита RGO / Si

Его можно использовать в качестве стабильного межфазного слоя из твердого электролита, который увеличивает как электрическую проводимость, так и структурную стабильность.

Графеновые многослойные пленки для емкостного накопления энергии

В 2020 году группа исследователей разработала автономный пленочный электрод из слоистого графена с высокоэффективным использованием пор. Настроить пористость легко, отрегулировав расстояние между слоями пленки. Поскольку поры используются оптимально, объемная емкость максимальна.

Гибкий графеновый суперконденсатор может хранить в 10 раз больше энергии, чем обычные

Этот тип суперконденсаторов может сохранять 97,8% своей энергоемкости после 5000 циклов. Они также очень гибкие: при изгибе на 180 градусов они работают почти так же, как и в горизонтальном положении.

Рынок

Исследования графена продолжат расширяться в течение следующего десятилетия, обещая сделать жизнь людей лучше. В 2019 году мировой рынок графеновых батарей оценивался в 49 миллионов долларов, и, по прогнозам, к 2027 году он достигнет примерно 399 миллионов долларов, что означает CAGR (совокупный годовой темп роста) более 31% в течение прогнозируемого периода.

Рост рынка обусловлен использованием графеновых батарей в электромобилях, портативных электронных устройствах и резким увеличением использования нетрадиционных источников энергии. Ожидается, что автомобильный сегмент будет иметь самые высокие темпы роста из-за растущего спроса на электромобили из-за экологических проблем.

Согласно прогнозам, на Азиатско-Тихоокеанский регион будет приходиться самая большая доля индустрии графеновых батарей. Ключевыми странами, способствующими увеличению спроса, являются Китай, Япония и Южная Корея. Европа, вероятно, будет занимать вторую по величине долю на мировом рынке графеновых батарей.

Следите за New-Science.ru на нашем канале Telegram, и на странице Вконтакте. Не пропустите ни одной нашей статьи и обновления, касающиеся аэрокосмической отрасли, науки и освоения космоса.

Что это такое и почему они так важны?

Аккумуляторы для смартфонов в наши дни довольно хороши. Но если есть одна вещь, которую любители гаджетов никогда не смогут насытиться, так это обещание более длительного времени автономной работы. Разве не было бы замечательно, если бы наши телефоны продержались два или три полных дня интенсивного использования всего за одну зарядку? А как насчет целой недели? С графеновыми батареями это могло быть не такой уж несбыточной мечтой.

Справочник покупателя: Лучшие блоки питания, которые можно купить

Графеновые батареи еще не используются в смартфонах и других гаджетах, хотя, по слухам, у Samsung есть над чем работать.В будущем графен может стать материалом, который заменит литий-ионные батареи, от которых технологическая промышленность стала так полагаться на протяжении десятилетий.

Мы уже несколько раз писали о графене здесь, в Android Authority. Кажется, это одна из тех технологий, многообещающих, но она всегда не за горами. После многих лет ожидания мы, кажется, приближаемся к коммерциализации графеновых технологий. На рынки начинают поступать первые потребительские товары, такие как аккумуляторные блоки из графенового композита (с использованием графена для улучшения химических свойств), и есть еще много чего, что можно встретить в широком спектре отраслей.

Вот все, что вам нужно знать о графеновых батареях.

Что такое графеновая батарея?

Прежде чем углубиться в графеновую батарею, стоит быстро вспомнить, что такое графен и как он работает.

Вкратце, графен представляет собой состав атомов углерода, прочно связанных в гексагональную или сотовую структуру. Что делает графен таким уникальным, так это то, что эта структура имеет толщину всего один атомный слой, что, по сути, делает графеновый лист двумерным. Эта двухмерная структура обладает очень интересными свойствами, включая превосходную электрическую и теплопроводность, высокую гибкость, высокую прочность и малый вес.Что нас особенно интересует, так это электрическая и теплопроводность, которая на самом деле превосходит медь — один из наиболее часто используемых проводящих металлов.

Суперконденсаторы позволяют батареям работать намного дольше и заряжаться почти мгновенно.

Когда дело доходит до батарей, возможности графена можно использовать по-разному. Идеальное использование графена в качестве батареи — это «суперконденсатор». Суперконденсаторы накапливают ток так же, как традиционные батареи, но могут заряжаться и разряжаться невероятно быстро.

Нерешенная уловка с графеном заключается в том, как экономично массово производить сверхтонкие листы для использования в батареях и других технологиях. Стоимость производства в настоящее время непомерно высока, но исследования помогают сделать графеновые батареи реальностью.

Еще в 2017 году компания Samsung объявила о прорыве, создав «графеновый шар». Хотя с тех пор мы больше ничего не слышали. Совсем недавно выяснилось, что Telsa, как сообщается, также заинтересована в технологии для автомобильных аккумуляторов.Точно так же китайский производитель автомобилей GAC планирует установить свою технологию графеновых батарей в своем первом автомобиле в сентябре 2021 года, и растет энтузиазм по поводу потенциального диапазона, предлагаемого графеновыми алюминиево-ионными элементами. Мы постепенно приближаемся к коммерческой жизнеспособности, но все еще далеки от массового внедрения графеновых батарей. Альтернативы графеновому композиту, хотя и дешевле, быстрее выходят на рынок.

Графен и литий-ионный

Как и литий-ионные (Li-ion) батареи, в графеновых элементах используются две проводящие пластины, покрытые пористым материалом и погруженные в раствор электролита.Но хотя их внутренняя структура очень похожа, эти две батареи обладают разными характеристиками.

Графен обладает более высокой электропроводностью, чем литий-ионные батареи. Это позволяет производить более быструю зарядку ячеек, которые также могут обеспечивать очень высокие токи. Это особенно полезно, например, для автомобильных аккумуляторов большой емкости или быстрой зарядки между устройствами. Высокая теплопроводность также означает, что батареи работают меньше, что продлевает срок их службы даже в тесных корпусах, таких как смартфон.

Графеновые батареи также легче и тоньше, чем современные литий-ионные элементы. Это означает меньшие, более тонкие устройства или большую емкость без необходимости в дополнительном пространстве. Не только это, но графен позволяет использовать гораздо более высокие емкости. Литий-ионный аккумулирует до 180 Втч энергии на килограмм, в то время как графен может хранить до 1000 Втч на килограмм.

Наконец, графен безопаснее. Хотя литий-ионные батареи имеют очень хорошие показатели безопасности, было несколько серьезных инцидентов, связанных с неисправными продуктами.Перегрев, перезаряд и проколы могут вызвать химический дисбаланс в литий-ионных батареях, что приведет к возгоранию. Графен гораздо более стабильный, гибкий и прочный, а также более устойчивый к таким проблемам.

Вам не обязательно иметь одно или другое. Литий-ионные батареи могут использовать графен для улучшения характеристик катодного проводника. Они известны как гибриды графена-оксида металла или батареи из графен-композитного материала. Гибридные аккумуляторы имеют меньший вес, более быстрое время зарядки, большую емкость и более длительный срок службы, чем современные аккумуляторы.Первые графеновые батареи потребительского уровня представляют собой гибриды, такие как блок питания из графенового композита на видео в верхней части этой статьи.

Подробнее: Лучшие альтернативы литий-ионной технологии

Что означают графеновые батареи для смартфонов

Райан-Томас Шоу / Android Authority

Смартфоны будущего, оснащенные графеновыми элементами питания, продемонстрируют преимущества, описанные выше. Мобильные телефоны, аккумуляторы и т.п. могут заряжаться так же быстро или даже быстрее, чем современные технологии быстрой зарядки, представленные на рынке.Время автономной работы также должно хватить на день или два, если не дольше, а устройства могут быть тоньше и легче, чем они есть сейчас.

Переход на графен может обеспечить 60% или больше емкости по сравнению с литий-ионным аккумулятором того же размера. В сочетании с лучшим отводом тепла более прохладные батареи также продлят срок службы устройства. Вам не нужно будет платить за замену дорогих батарей через пару лет, чтобы ваши старые устройства работали в отличном состоянии.

Не пропустите: как продлить время автономной работы вашего телефона Android

Графеновые батареи позволят сделать смартфоны тоньше или обеспечить большую емкость аккумулятора при сохранении их нынешних размеров.Есть также интересные последствия для быстрой зарядки между устройствами. Благодаря батареям, способным поддерживать очень высокие токи и невероятно быстрому перезарядке и разрядке, гаджеты могут заряжать друг друга на сверхбыстрых скоростях.

Хотя технология портативных графеновых батарей пока еще далека от будущего, это заманчивая перспектива для будущих смартфонов, гаджетов, электромобилей и многого другого. К счастью, продукты из гибридного графена уже здесь, и в ближайшие месяцы и годы они должны стать еще более распространенными и доступными.Графен — определенно технология, за которой нужно следить.

Если графеновые батареи делают все, что говорят ученые, они могут изменить правила игры

Представьте, что вы едете по автостраде на своем новом электромобиле, оснащенном новейшей графеновой батареей. Вы замечаете, что у вас заканчивается сок, поэтому вы останавливаетесь на остановке для отдыха, включаете его и идете внутрь, чтобы взять пиццу.

К тому времени, когда вы закончите и выйдете на улицу, ваша машина уже почти заряжена — и готова к очередным непрерывным 300 милям.

Это будущее транспорта, которое, как обещают некоторые звездные ученые, скоро наступит. Они говорят, что благодаря сверхмощным батареям с графеном — листом углерода толщиной всего в один атом — все, от электроинструментов до электромобилей, будет заряжаться быстрее, сохранять больше энергии, стоить меньше и, возможно, даже поможет цивилизации наконец отойти от разрушающего планету ископаемого топлива. . И эти чудесные батареи могут начать выпускаться, говорят они, где-то в следующем году.

«Графен — удивительный материал, и он особенно хорош в качестве материала для батарей», — сказал Futurism Чип Брайтенкамп, ученый-полимер и вице-президент по развитию бизнеса компании NanoGraf, производящей графеновые батареи.По его словам, эта технология может «заставить батареи заряжаться быстрее и более эффективно рассеивать тепло. Это имеет большое значение. Это означает, что электроинструменты не так быстро перегреваются. Это означает, что бытовая техника служит семьям лучше и дольше. И в конечном итоге это означает, что электромобили могут заряжаться быстрее ».

«По сути, графен может играть центральную роль в обеспечении устойчивого электрического будущего», — добавил Брайтенкамп.

Быстрая зарядка — не единственное преимущество. В лаборатории NanoGraf заявляет, что их графеновые батареи показывают увеличение времени работы на 50 процентов по сравнению с обычными литий-ионными батареями, сокращение выбросов углекислого газа на 25 процентов и половину веса, необходимого для обеспечения такой же мощности.

Основная идея сводится к химии. В течение десятилетий производители аккумуляторов предпочли литий кремнию, потому что он обладает высокой электрической емкостью. Но у лития есть две ключевые проблемы. Он плохо проводит электричество и имеет тенденцию к физической деформации при разряде, в конечном итоге срезая и растрескиваясь. Смешивание или покрытие лития графеном или, в последнее время, родственными наноматериалами, такими как оксиды графена и восстановленные оксиды графена, решает обе проблемы. Графен обладает высокой проводимостью, позволяющей течь электричеству, и жестким, поэтому он помогает литию сохранять форму, позволяя батарее прослужить дольше.

«Графен обладает очень высокой электронной проводимостью, поэтому, когда вы помещаете его в кремниевый анод, проводимость действительно возрастает», — сказал Futurism Христос Атанасиу, инженер из Университета Брауна, опубликовавший исследование графеновых батарей. «И у графена действительно хорошие механические свойства — он действительно очень прочный. Поэтому, когда у вас расширяется анод, графен существенно препятствует этим изменениям объема, поэтому он не позволяет кремниевому аноду расширяться настолько, чтобы он не сломался.

Еще одно преимущество: поскольку прочность графена обеспечивает батареям намного больше жизненных циклов, чем у обычных батарей, по словам защитников, они могут «подтолкнуть» их сильнее и быстрее заряжать с помощью более мощного электрического тока. Они будут разлагаться быстрее, но их большое количество циклов разряда по-прежнему продлевает срок их службы по сравнению с обычными батареями.

Nanograf — не единственный стартап, который заявляет, что ориентируется на практичную графеновую батарею. Самуэль Гонг, генеральный директор компании Real Graphene, сказал Futurism, что, по его мнению, технология его компании может зарядить автомобиль менее чем за час.

«У нас также есть больший бюджет жизненных циклов, которым мы можем пожертвовать, потому что люди, скорее всего, хранят свои продукты не дольше нескольких лет», — сказал Гонг. «В некотором смысле графеновая батарея может выдержать гораздо большее наказание, что обеспечивает дополнительный жизненный цикл. Мы можем сделать это намного сильнее ».

В результате, по его словам, получилась дешевая батарея с значительно увеличенной энергоемкостью и производительностью.

«Я считаю, [графеновые батареи] столь же важны для развития технологий, как и что-то вроде пластика, — сказал Гонг, — где в будущем они могут быть применены практически ко всему.”

Обещания огромны, но в то же время конкретные претензии могут начать выглядеть нечеткими. Nanograf говорит, что уже работает с производителем электроинструментов и компанией, которая производит аккумуляторы для электромобилей, чтобы вывести свою технологию на рынок, но не может назвать конкретных партнеров.

И Гонг сказал нам, что Real Graphene уже пилотирует автобусы, работающие на батареях Graphene, в Шанхае, Китай, но когда мы попросили подробностей о программе, например, кто управляет автобусами и соответствуют ли батареи своим внушительным техническим обещаниям, он отказался от комментариев.

В более широком смысле графен был впервые выделен в 2004 году. Зачем было нужно внедрять его во все, что сейчас ?

«Последние 15–20 лет, в основном, все сообщество накопителей энергии много работало над тем, как сделать хороший нанокомпозитный материал, как сделать этот кремний-графеновый анод желаемыми свойствами», — сказал Атанасиу. «Итак, в последнее время, в последние годы, стало легче производить графен, и есть другие наноматериалы на основе графена, такие как оксид графена.

«Эти наноматериалы обладают еще лучшими свойствами», — добавил он. «Оксид графена, например, лучше смешивается с кремнием. А потом выяснилось, что когда вы используете восстановленный оксид графена, он обладает еще лучшими свойствами ».

Другими словами, графен уже много лет находится в постоянном состоянии, «почти готовым произвести революцию в мире». Но в связи с тенденцией к снижению производственных затрат несколько стартапов заявили Futurism, что их батареи будут продаваться в небольших устройствах, таких как электроинструменты, уже в следующем году.После этого они планируют стать еще более амбициозными.

«Аккумуляторы, которые используются в электромобилях, требуют чрезвычайно длительных циклов испытаний», — сказал Futurism Брайтенкамп из NanoGraf. «Итак, вы можете себе представить, что эти батареи необходимо тестировать как минимум в течение трех-четырех лет. Речь идет не о том, чтобы наши технологии работали в электромобиле прямо сейчас. Мы полностью уверены в этом, но это вопрос всех проверок, необходимых для использования электромобиля ».

«Дело не в том, работает ли он, а в том, сколько времени пройдет, прежде чем он получит одобрение таких вещей, как безопасность и долговечность», — добавил Брайтенкамп.

Возможно, графеновые батареи вызывают интерес не только у стартапов. Фактически, несколько экспертов, опрошенных для этой истории, предположили, что Тесла может тайно экспериментировать с той же технологией, хотя все они подчеркивали, что теория была всего лишь предположением.

«Я не сомневаюсь, что Tesla работает над такой технологией», — сказал Гонг, добавив, что создание достаточно мощных зарядных устройств может быть более сложной задачей, чем изготовление самих графеновых батарей.

«Возможно, они это сделают, но все это сверхсекретно», — сказал Афанасиу. «Никто за пределами компании об этом не узнает».

Tesla, которая недавно распустила весь свой отдел по связям с общественностью, не ответила на вопросы футуризма или просьбу о комментариях. Но независимо от того, работает ли Tesla над графеновыми батареями, существует множество технических проблем, которые необходимо решить, прежде чем они станут полезными в качестве потребительского продукта.

Одна практическая проблема, по словам Гонга, будет заключаться в том, что, если крупному автопроизводителю удастся разработать готовые к рынку графеновые батареи, огромное количество зарядных устройств может привести к полной перегрузке электрической инфраструктуры.

«Электросеть с трудом справляется даже с тем, что у нас есть прямо сейчас, по крайней мере, когда мы говорим о районе залива. Это просто то, чего я не вижу, просто потому, что это такая большая сила », — сказал Гонг. «Это не просто строительство атомной электростанции и утверждение, что у нас есть энергия. Это еще и подача электроэнергии: сможет ли городская проводка выдержать этот скачок напряжения ».

Есть, по общему признанию, еще технические проблемы, которые необходимо решить. Во-первых, по словам Брейтенкампа, слишком сильное нажатие на батареи может вызвать такие проблемы, как ползучесть дендритов — по сути, внутреннее короткое замыкание.Но несколько экспертов сказали, что ползучесть дендритов в футуризме может быть решена, если вы догадались, с большим количеством графена.

Даже если добавление большего количества графена блокирует ползучесть дендритов, тем не менее, существуют сохраняющиеся производственные проблемы. Разные компании используют разные приемы, чтобы покрыть или внедрить батареи в графен, но согласованность является проблемой независимо от методологии.

Короче говоря, сказал Атанасиу, ученые могут создавать действительно хорошие прототипы в лаборатории, но переход к массовому производству готовой продукции — это совершенно отдельная задача.

«Я могу сказать вам, что наука существует», — сказал Афанасиу. «Однако технологически он еще не готов. Мы знаем, как изготавливать эти нанокомпозитные кремниевые графены, но как сделать их воспроизводимыми — это большая проблема ».

И, конечно же, есть шумиха, которая продвигает графен вперед и поддерживает к нему интерес с момента его открытия. Его превратили в куртки, рекламировали как источник бесконечного электричества и даже как способ мгновенного опреснения воды.

Частично это связано с необходимостью ученых, которым необходимо вызвать интерес к своей работе, сказал Грег Лесс, технический директор Лаборатории пользователей батарей Института энергетики Мичиганского университета. Но он также сказал, что не уверен, насколько полезными окажутся графеновые батареи. Он пояснил, что графен не является предметом особой компетенции Менса, но подозревает, что это может исчезнуть в виде еще одной причуды.

В качестве примера он привел углеродные нанотрубки — «чудо-материал» прошлого.Углеродные нанотрубки — это просто кусочки графена, свернутые в трубки, и было сделано много смелых заявлений о том, как это тоже революционизирует общество.

«[Графен] сейчас довольно интересный материал, — сказал Лесс. «Будут ли улучшения? Ага. Достаточно ли этих улучшений, чтобы заменить более дешевый и доступный вариант? Возможно нет. Может быть. Я не знаю. Я не знаю.»

Короче говоря, шумиха вокруг графена скрывает его будущее. Трудно отделить реальную полезность наноматериала от благих намерений, которые в конечном итоге потерпят неудачу.Но нам нужно как-то очистить нашу экологическую деятельность, и если мы хотим предотвратить самые разрушительные последствия изменения климата, нам, возможно, понадобится один или два длинных снимка, Богородица. Если хотя бы часть того, что сторонники графена считают возможным, в конечном итоге произойдет, это действительно станет ценным оружием в борьбе с ископаемым топливом.

«Мы просто рады видеть, что электрификация стала реальностью», — сказал Брайтенкамп о потенциале графена для революции в электромобилях. «Последние десять лет это казалось незнакомым.Возможность сделать машину, достаточно доступную для того, чтобы поставить ее в гараж, изменит многое. Это изменит представление об изменении климата и даже о рабочих местах ».

Подробнее о чистой энергии: Сахар, свет и новый тип химии — что нужно, чтобы отучить нас от ископаемого топлива

Читатели футуризма: заинтересованы в испытании солнечной энергии дома, но Не уверен, где начать? Получите бесплатное предложение и узнайте, сколько вы можете сэкономить на UnderstandingSolar.com. Регистрируясь по этой ссылке, Futurism.com может получать небольшую комиссию.

Графеновые алюминиево-ионные аккумуляторы со сверхбыстрой зарядкой — pv magazine International

«Графеновая революция» почти наступила. Австралийские ученые, специализирующиеся на алюминиево-ионных батареях, теперь работают с находящейся в Брисбене компанией Graphene Manufacturing Group над коммерциализацией технологии, которая может преобразовать накопление энергии.

Блейк Матич

Из журнала pv Australia

Исследователи из Квинслендского университета и Брисбенской производственной группы Graphene Manufacturing Group (GMG) объединяются для разработки более быстрых и экологически безопасных прототипов батарей с продолжительностью жизни три. раз больше длины существующих литий-ионных батарей.

GMG, которая недавно была зарегистрирована на венчурной бирже TSX в Канаде, достигла соглашения о проведении исследований с учеными из Австралийского института биоинженерии и нанотехнологий (AIBN) Университета Квинсленда о создании батарей для чего угодно, от часов до сетевых хранилищ и всего остального. между ними, включая телефоны, ноутбуки и электромобили.

Технология Университета Квинсленда, в которой используется ионно-алюминиевый аккумулятор в паре с графеновыми электродами, была разработана профессором Майклом Ю, Сяоданом Хуангом и докторантом Юэци Конг как способ превратить графен в более эффективные электроды для питания аккумуляторов.Технология уже запатентована и лицензирована UniQuest, коммерческой компанией Университета Квинсленда.

Графен — чудо-материал века. Это самый тонкий и прочный материал, известный науке, и, если этого недостаточно, он также является отличным проводником электричества — даже лучше, чем медь. Или, по крайней мере, это было бы чудесным материалом того времени, если бы так называемая «графеновая революция» обещала меньше и принесла больше.

Более десяти лет назад ученые из Манчестерского университета получили Нобелевскую премию по физике благодаря простой ленте, которая оказалась прорывом в извлечении графена из обычного графита.

По сути, графен — это просто старый добрый углерод, но он разбит на мозаику таким образом, чтобы образовалась невероятно прочная связь между атомами. Конечно, как и все, что было многообещающим и шумихой, графеновая революция заняла больше времени, чем ожидалось, но это только потому, что у людей нет особого терпения в отношении того, что им обещали, особенно когда это что-то потенциально повсеместное. как графен.

Тем не менее, Квинслендский университет и GMG — не единственные участники, добившиеся прогресса.В марте ученые из Китайского технологического университета Даляня и Университета Небраски в США совместно создали батарею, состоящую из чистого алюминиевого анода, графенового катода и органического электролита. Батареи описаны в документе «Сверхбыстрая зарядка алюминиево-ионных аккумуляторов: двойные электрические слои на активном аноде», который был недавно опубликован в журнале Nature Communications.

Еще в 2019 году ученые из Королевского технологического института Мельбурна (RMIT) продемонстрировали процесс лазерной печати, который позволяет встраивать графеновые суперконденсаторы непосредственно в ткани, создавая ткань, которая может накапливать энергию, интегрироваться с солнечными элементами и использоваться для питания приложений Smart Fabric.

Графеновые батареи

«Испытания показали, что перезаряжаемые алюминиево-ионные графеновые батареи имеют срок службы до трех раз больше, чем у литиево-ионных аккумуляторов в настоящее время», — сказал директор AIBN профессор Алан Роуэн. «А более высокая удельная мощность означала, что они заряжались до 70 раз быстрее».

AIBN упорно работает над этой технологией в течение нескольких лет, и исследовательская группа рада переходу на стадию разработки коммерческого прототипа, тем более что карты обещают более эффективные и экологичные батареи.

«Батареи можно перезаряжать для большего количества циклов без ухудшения характеристик и их легче перерабатывать, что снижает вероятность утечки вредных металлов в окружающую среду», — сказал Роуэн.

Генеральный директор UniQuest Дин Мосс сказал, что, по его мнению, алюминиево-ионные батареи с графеновыми электродами «могут изменить существующий рынок аккумуляторных батарей. Литий-ионные батареи требуют извлечения редкоземельных материалов с использованием большого количества воды и обрабатываются химическими веществами, которые потенциально могут нанести вред окружающей среде.

Генеральный директор GMG Крейг Никол соглашается, отмечая, что возможности для рынка накопителей энергии включают далеко идущие преимущества в области безопасности, эффективности и устойчивости. Он указывает на способность алюминиево-ионных аккумуляторов «использовать местное сырье для производства аккумуляторных элементов по конкурентоспособной цене для замены импортных литий-ионных аккумуляторов — это огромная возможность для GMG и Австралии снизить риски цепочки поставок и создать рабочие места на местах».

Ученые Университета Квинсленда получили грант в размере 390 000 австралийских долларов (303 600 долларов США) в течение трех лет в рамках проекта Linkage Project Австралийского исследовательского совета в 2020 году на разработку технологии с ионами алюминия и графена.

Этот контент защищен авторским правом и не может быть использован повторно. Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, свяжитесь с нами: [email protected].

Графеновые батареи и суперконденсаторы для питания нашего мира — Графенея

Потенциал графена для батарей становится все более очевидным с каждым днем, и заголовки рекламируют новые графеновые электроды и материалы для батарей.

Графеновые электроды

Совсем недавно исследователи из Университета Райса, который преуспевает как в фундаментальных, так и в прикладных исследованиях графена, сделали прогноз, что добавление некоторых атомов бора к структуре графена приведет к созданию сверхтонкого эффективного гибкого анода для литий-ионных батарей.Добавление бора помогает ионам лития батареи лучше прилипать к графеновому аноду, что было проблемой с некоторыми более ранними конструкциями графеновых анодов.

Графеновые аноды ускоряют зарядку и разрядку аккумулятора по сравнению с обычными анодами. Исследования смеси бор-графен проводились совместно с компанией Honda, которая намерена использовать графен в батареях для электромобилей. Kia и Hyundai также проявили интерес к графену для электромобилей, и все это показывает, что промышленное применение графена не так уж и далеко.

Уже несколько лет назад инженеры Северо-Западного университета показали, что графеновые аноды удерживают энергию лучше, чем графитовые аноды, с 10-кратной более быстрой зарядкой. В литиево-ионных батареях несущие заряд ионы лития циркулируют от литиевого топливного элемента через анод и катод, отдавая свой заряд для питания батареи. Зарядка меняет процесс на противоположный, что приводит к появлению свежезарядных ионов лития. Производительность батареи зависит от способности анода удерживать ионы лития.

Традиционные графитовые аноды твердые, а ионы лития накапливаются вокруг внешней поверхности анода. Возможно создание анода для создания путей для лития, однако графен предлагает гораздо более элегантное решение. Исследователи из Northwestern и другие после них прокололи крошечные дырочки в листах графена. Отверстия имеют размер 10-20 нм, через них проходят ионы лития. В аноде, состоящем из нескольких листов графена, ионы лития мигрируют через листы и проникают через анод, обеспечивая оптимальное использование области хранения и легкость извлечения электричества.Полученная батарея может хранить в 10 раз больше энергии, чем батареи, в которых используются графитовые аноды.

В прошлом месяце Университет Райса снова оказался в центре внимания графен. На этот раз исследователи показали, что графен, смешанный с оксидом ванадия в промышленно масштабируемом процессе, приводит к созданию экономичных катодов с превосходными характеристиками. Аккумуляторы с такими катодами перезаряжаются за 20 секунд и сохраняют более 90% своей емкости даже после 1000 циклов использования. Процесс включает приготовление пятиокиси ванадия, недорогого материала, вместе с нанолистами оксида графена в воде.Наноструктуры, необходимые для катода, самопроизвольно образуются в процессе приготовления, обеспечивая масштабируемость и массовое производство. Оксид графена — один из продуктов, которыми выделяется Graphenea, доступный в больших количествах и по низкой цене.

Суперконденсаторы графеновые

Наконец, графен используется не только для электродов батарей, но и для самого активного материала. Графен является настолько хорошим материалом для аккумуляторов, что эти устройства называют «суперконденсаторами», т.е.е. аккумуляторы, которые обладают огромной мощностью и заряжаются за несколько секунд. Уже два года назад были продемонстрированы графеновые суперконденсаторы, которые хранят столько же энергии, как никель-металлогидридные (Ni: MH) батареи. В феврале этого года исследователи Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе вызвали ударную волну, когда показали смесь графена, которую можно нанести на поверхность обычного DVD. Затем с помощью обычного записывающего устройства DVD в графеновый слой вписываются миллионы схем суперконденсатора. Позже слой можно просто снять и перенести куда угодно, где требуется сверхмощный аккумулятор.

Благодаря такому развитию мы можем вскоре увидеть ультратонкие гибкие батареи, которые заряжаются менее чем за минуту и ​​могут быть встроены в одежду, бумагу, приборные панели автомобиля или где угодно, где вы захотите.

Графеновые солнечные элементы

Использование графена для получения энергии не ограничивается материалами для аккумуляторов, но распространяется также и на солнечные элементы. Исследователи из Индии показали, что из стопок графена можно сделать хорошие просветляющие покрытия для солнечных батарей.Отражение солнечного света от поверхности солнечных элементов — одна из серьезных проблем, с которыми сталкивается солнечная промышленность, наряду с эффективностью передачи света на активный слой элемента. Благодаря графеновым пакетам коэффициент отражения в ультрафиолетовой части солнечного спектра снижается с 35% до всего 15%, что позволяет экономить много энергии. Пакеты графена действуют как традиционные антиотражающие покрытия, эффективно проталкивая свет, который в противном случае отражался бы в активном слое ячейки.

Графену всего несколько лет, и он уже оправдывает свое обещание изменить наш мир.Одним из первых приложений, которые сделают его большим, станет графен для батарей и суперконденсаторов. Следите за новостями по этой теме и будьте уверены, что Graphenea не пропустит этот поезд!

Графен для батарей, суперконденсаторов и др.

  • 1

    Ся, Дж., Чен, Ф., Ли, Дж. И Тао, Н. Измерение квантовой емкости графена. Nat. Nanotechnol. 4 , 505–509 (2009). Это исследование установило метод прямого измерения квантовой емкости графена, который говорит нам о максимальной (теоретической) удельной емкости, которую может достичь графен.

    CAS Google ученый

  • 2

    Wang, G. et al. . Нанокомпозит Sn / графен с трехмерной архитектурой для улучшенного обратимого хранения лития в литий-ионных батареях. J. Mater. Chem. 19 , 8378–8384 (2009).

    CAS Google ученый

  • 3

    Ким, Х., Парк, К. Ю., Хонг, Дж. И Канг, К. Полностью графеновая батарея: устранение разрыва между суперконденсаторами и литий-ионными батареями. Sci. Отчет 4 , 5278 (2014).

    CAS Google ученый

  • 4

    Феррари А.С. и др. . Дорожная карта науки и технологий для графена, связанных двумерных кристаллов и гибридных систем. Наноразмер 7 , 4598–4810 (2015). Исчерпывающий обзор, описывающий физику и химию графена и выделяющий наиболее многообещающие результаты и приложения, достигнутые к настоящему времени.

    CAS Google ученый

  • 5

    Луо, Дж., Джанг, Х. Д. и Хуанг, Дж. Влияние морфологии листа на масштабируемость ультраконденсаторов на основе графена. САУ Нано 7 , 1464–1471 (2013).

    CAS Google ученый

  • 6

    Чуа, К. К. и др. . Синтез сильно флуоресцентных квантовых точек графена бакминстерфуллереном, открывающим клетку. САУ Нано 9 , 2548–2555 (2015).

    CAS Google ученый

  • 7

    Hassan, M. et al. . Квантовые точки графена с обогащенными краями для усиления фотолюминесценции и сверхемкости. Наноразмер 6 , 11988–11994 (2014).

    CAS Google ученый

  • 8

    Лю, В. В., Фэн, Ю. К., Янь, X. Б., Чен, Дж. Т., Сюэ, К.J. Улучшенные микро-суперконденсаторы на основе графеновых квантовых точек. Adv. Функц. Матер. 23 , 4111–4122 (2013).

    CAS Google ученый

  • 9

    Йе, Т. Ф., Тенг, С. Ю., Чен, С. Дж. И Тенг, Х. Квантовые точки оксида графена, легированные азотом, в качестве фотокатализаторов для общего расщепления воды при освещении видимым светом. Adv. Матер. 26 , 3297–3303 (2014).

    CAS Google ученый

  • 10

    Ченг, Х., Ху, К., Чжао, Ю. и Цюй, Л. Графеновое волокно: новая материальная платформа для уникальных приложений. NPG Asia Mater. 6 , e113 (2014).

    CAS Google ученый

  • 11

    Kou, L. и др. . Коаксиальные суперконденсаторы из мокрой пряжи для высокой плотности энергии и безопасной носимой электроники. Nat. Commun. 5 , 3754 (2014).

    CAS Google ученый

  • 12

    Ю, Д. и др. . Масштабируемый синтез иерархически структурированных углеродных нанотрубок – графеновых волокон для емкостного хранения энергии. Nat. Nanotechnol. 9 , 555–562 (2014).

    CAS Google ученый

  • 13

    Ан, Й., Чон, Й., Ли, Д. и Ли, Й. Наноструктура нанопроволоки меди – графеновое ядро ​​– оболочка для высокостабильных прозрачных проводящих электродов. САУ Нано 9 , 3125–3133 (2015).

    CAS Google ученый

  • 14

    Чжоу М. и др. . Высокопроводящие пористые композиты графен / керамика для передачи тепла и хранения тепловой энергии. Adv. Функц. Матер. 23 , 2263–2269 (2013).

    CAS Google ученый

  • 15

    Bi, H. и др. . Губчатый графен как высокоэффективный и пригодный для вторичной переработки сорбент масел и органических растворителей. Adv. Функц. Матер. 22 , 4421–4425 (2012).

    CAS Google ученый

  • 16

    Якус А.Э. и др. . Трехмерная печать графеновых каркасов с высоким содержанием для электронных и биомедицинских приложений. ACS Nano 9 , 4636–4648 (2015). Эта работа демонстрирует печать трехмерных архитектур с высоким содержанием графена, что позволяет изготавливать электроды с высокой электропроводностью.Это может быть использовано при разработке и производстве широкого спектра функциональных электронных, биологических и биоэлектронных медицинских и немедицинских устройств.

    CAS Google ученый

  • 17

    Ян З. и др. . Прогресс в создании и применении трехмерных пористых нанокомпозитов на основе графена. Наноразмер 7 , 5563–5577 (2015).

    CAS Google ученый

  • 18

    Тиббитс, С.4D-печать: изменение формы из разных материалов. Archit. Дизайн 84 , 116–121 (2014).

    Google ученый

  • 19

    Ли, Д., Мюллер, М. Б., Гилье, С., Канер, Р. Б. и Уоллес, Г. Г. Перерабатываемые водные дисперсии графеновых нанолистов. Nat. Nanotechnol. 3 , 101–105 (2008).

    CAS Google ученый

  • 20

    Li, Z., Лю, З., Сан, Х. и Гао, К. Сверхструктурированная сборка наноуглеродов: фуллерены, нанотрубки и графен. Chem. Ред. 115 , 7046–7117 (2015).

    CAS Google ученый

  • 21

    Шао, Й., Ван, Х., Чжан, К. и Ли, Ю. Изготовление пленок фото восстановленного оксида графена с большой площадью и высокой кристалличностью с помощью реконструированных двумерных многослойных структур. NPG Asia Mater. 6 , e119 (2014).

    CAS Google ученый

  • 22

    Чжоу М. и др. . Высокопроизводительные кремниевые аноды для батарей, созданные на основе инженерных графеновых сборок. Nano Lett. 15 , 6222–6228 (2015).

    CAS Google ученый

  • 23

    Hwang, J. Y. и др. . Непосредственная подготовка и обработка нанокомпозитных электродов графен / RuO2 для высокоэффективного емкостного накопления энергии. Nano Energy 18 , 57–70 (2015).

    CAS Google ученый

  • 24

    Ван, Дж. и др. . Покрытие стержня: для изготовления однородных пленок восстановленного оксида графена на большой площади для гибких сенсорных экранов. Adv. Матер. 24 , 2874–2878 (2012).

    CAS Google ученый

  • 25

    Ху, Л., Ву, Х. и Цуй, Ю.Печатные накопители энергии путем объединения электродов и разделителей в отдельные листы бумаги. Заявл. Phys. Lett. 96 , 183502 (2010).

    Google ученый

  • 26

    Чой, Дж. Х. и др. . Многослойный электрод с агрегатами нано-Li4Ti5O12, зажатыми между углеродными нанотрубками и графеновыми сетками для мощных литий-ионных аккумуляторов. Sci. Отчет 4 , 7334 (2014).

    CAS Google ученый

  • 27

    Чжан Ю. и др. . Тонкое покрытие на основе оксида графена на сепараторе: эффективный барьер для высокостабильных литий-серных батарей. 2D Mater. 2 , 024013 (2015).

    Google ученый

  • 28

    Ким Д. Ю. и др. . Самовосстановление пленок восстановленного оксида графена сверхзвуковым кинетическим напылением. Adv. Функц. Матер. 24 , 4986–4995 (2014).

    CAS Google ученый

  • 29

    Синь, Г. и др. . Отдельностоящая графеновая бумага большой площади для превосходного управления температурой. Adv. Матер. 26 , 4521–4526 (2014).

    CAS Google ученый

  • 30

    Робертс М. и др. . Литий-ионные батареи 3D — от основы до изготовления. J. Mater. Chem. 21 , 9876–9890 (2011).

    CAS Google ученый

  • 31

    Le, L.Т., Эрвин, М. Х., Цю, Х., Фукс, Б. Э. и Ли, У. Ю. Электроды графенового суперконденсатора, изготовленные с помощью струйной печати и термического восстановления оксида графена. Электрохим. Commun. 13 , 355–358 (2011).

    CAS Google ученый

  • 32

    Xu, Y. и др. . Тонкопленочный суперконденсатор для трафаретной печати с использованием чернил графена / полианилина. Adv. Energy Mater. 3 , 1035–1040 (2013).

    CAS Google ученый

  • 33

    Секор, Э. Б. и др. . Глубокая печать графена для гибкой электроники большой площади. Adv. Матер. 26 , 4533–4538 (2014).

    CAS Google ученый

  • 34

    Натан М. и др. . Трехмерные тонкопленочные литий-ионные микробатареи для автономных МЭМС. J. Microelectromech.Syst. 14 , 879–885 (2005).

    CAS Google ученый

  • 35

    Миллер, Дж. Р., Аутло, Р. А. и Холлоуэй, Б. С. Двухслойный графеновый конденсатор с фильтрацией линии переменного тока. Наука 329 , 1637–1639 (2010). Первое исследование по использованию графеновых конденсаторов EDL для линейной фильтрации переменного тока (120 Гц) с использованием вертикально ориентированных листов графена, выращенных непосредственно на никелевой подложке.

    CAS Google ученый

  • 36

    Шэн, К., Sun, Y., Li, C., Yuan, W. & Shi, G. Суперконденсаторы сверхвысокой емкости на основе электрохимически восстановленного оксида графена для сетевой фильтрации переменного тока. Sci. Отчет 2 , 247 (2012).

    Google ученый

  • 37

    Лин Дж. и др. . Трехмерные микросуперконденсаторы на основе коврового покрытия из графеновых углеродных нанотрубок с высокими электрохимическими характеристиками. Nano Lett. 13 , 72–78 (2012).

    Google ученый

  • 38

    Wu, Z.С., Лю, З., Парвез, К., Фенг, X. и Мюллен, К. Ультратонкие графеновые суперконденсаторы с возможностью печати и фильтрацией линии переменного тока. Adv. Матер. 27 , 3669–3675 (2015).

    CAS Google ученый

  • 39

    Курра, Н., Хота, М. К. и Альшариф, Х. Н. Проводящие полимерные микро-суперконденсаторы для гибкого накопления энергии и сетевой фильтрации переменного тока. Nano Energy 13 , 500–508 (2015).

    CAS Google ученый

  • 40

    Натан, А. и др. . Гибкая электроника: следующая повсеместная платформа. Proc. IEEE 100 , 1486–1517 (2012).

    Google ученый

  • 41

    Шетс, Дж. Р. Вопросы производства и коммерциализации органической электроники. J. Mater. Res. 19 , 1974–1989 (2004).

    CAS Google ученый

  • 42

    Ван Х. и Ши Г.Гибкие графеновые устройства, связанные с преобразованием и хранением энергии. Energy Environ. Sci. 8 , 790–823 (2015).

    CAS Google ученый

  • 43

    Шао, Ю. и др. . Материалы на основе графена для гибких суперконденсаторов. Chem. Soc. Ред. 44 , 3639–3665 (2015).

    CAS Google ученый

  • 44

    Роджерс, Дж.А., Сомея Т. и Хуанг Ю. Материалы и механика растягиваемой электроники. Наука 327 , 1603–1607 (2010).

    CAS Google ученый

  • 45

    Чен, Т., Сюэ, Й., Рой, А. К. и Дай, Л. Прозрачные и растяжимые высокопроизводительные суперконденсаторы на основе морщинистых графеновых электродов. САУ Нано 8 , 1039–1046 (2013).

    Google ученый

  • 46

    Йост, К., Дион, Г. и Гогоци, Ю. Текстильные накопители энергии в перспективе. J. Mater. Chem. А 2 , 10776–10787 (2014).

    CAS Google ученый

  • 47

    Ю. Г. и др. . Наноструктурированный текстиль графен / MnO2, обработанный на растворе, для высокоэффективных электрохимических конденсаторов. Nano Lett. 11 , 2905–2911 (2011).

    CAS Google ученый

  • 48

    Meng, Y. и др. . Полностью графеновые микроволокна сердцевина-оболочка для твердотельных растягиваемых волокнистых суперконденсаторов и носимых электронных тканей. Adv. Матер. 25 , 2326–2331 (2013).

    CAS Google ученый

  • 49

    Факкетти, А. и Маркс, Т. Дж. Прозрачная электроника: от синтеза к приложениям (Wiley, 2010).

    Google ученый

  • 50

    Ян Ю. и др. . Прозрачные литий-ионные батареи. Proc. Natl Acad. Sci. США 108 , 13013–13018 (2011).

    CAS Google ученый

  • 51

    Li, N., Chen, Z., Ren, W., Li, F. и Cheng, H.M. Гибкие литий-ионные батареи на основе графена со сверхбыстрой зарядкой и разрядкой. Proc. Natl Acad. Sci. США 109 , 17360–17365 (2012).

    CAS Google ученый

  • 52

    Линь, М.С. и др. . Сверхбыстрый перезаряжаемый алюминиево-ионный аккумулятор. Природа 520 , 324–328 (2015).

    CAS Google ученый

  • 53

    Ye, M. и др. . Уникальная структура графена-графена в качестве анода без связующего для высокоэффективных литий-ионных аккумуляторов. Малый 10 , 5035–5041 (2014).

    CAS Google ученый

  • 54

    Гвон, Х. и др. . Гибкие накопители энергии на основе графеновой бумаги. Energy Environ. Sci. 4 , 1277–1283 (2011).

    CAS Google ученый

  • 55

    Эль-Кади, М. Ф., Стронг, В., Дубин, С. и Канер, Р. Б. Лазерная разметка высокоэффективных и гибких электрохимических конденсаторов на основе графена. Наука 335 , 1326–1330 (2012).

    CAS Google ученый

  • 56

    Гао, W. и др. . Прямая лазерная запись микроконденсаторов на пленках гидратированного оксида графита. Nat. Nanotechnol. 6 , 496–500 (2011).

    CAS Google ученый

  • 57

    Карим М. Р. и др. . Нанолист оксида графена с высокой протонной проводимостью. J. Am. Chem. Soc. 135 , 8097–8100 (2013).

    CAS Google ученый

  • 58

    Хатакеяма, К. и др. . Протонная проводимость нанолистов оксида графена: однослойных, многослойных и модифицированных нанолистов. Angew. Chem. Int. Эд. Англ. 53 , 6997–7000 (2014).

    CAS Google ученый

  • 59

    Zhang, Q. и др. . Аномальное емкостное поведение твердотельных суперконденсаторов на основе оксида графена. Nano Lett. 14 , 1938–1943 (2014).

    CAS Google ученый

  • 60

    Ян Х., Cheng, C., Wang, Y., Qiu, L. & Li, D. Плотная интеграция графеновых материалов, опосредованная жидкостью, для компактного емкостного накопления энергии. Наука 341 , 534–537 (2013).

    CAS Google ученый

  • 61

    Xu, Y. и др. . Дырчатые графеновые каркасы для высокоэффективного емкостного накопления энергии. Nat. Commun. 5 , 4554 (2014).

    CAS Google ученый

  • 62

    Эль-Кады, м.Ф. и др. . Разработка трехмерных гибридных суперконденсаторов и микросуперконденсаторов для высокопроизводительных интегрированных накопителей энергии. Proc. Natl Acad. Sci. США 112 , 4233–4238 (2015).

    CAS Google ученый

  • 63

    Ли, Х., Янилмаз, М., Топракчи, О., Фу, К. и Чжан, X. Обзор последних разработок в области мембранных сепараторов для литий-ионных аккумуляторных батарей. Energy Environ.Sci. 7 , 3857–3886 (2014).

    CAS Google ученый

  • 64

    Хуанг, Дж. К. и др. . Селективная мембрана из оксида графена для высокостабильных литий-серных батарей с защитой от саморазряда. САУ Нано 9 , 3002–3011 (2015).

    CAS Google ученый

  • 65

    Наир, Р. Р., Ву, Х. А., Джаярам, ​​П. Н., Григорьева, И.В. и Гейм, А. К. Беспрепятственное проникновение воды через гелиевые герметичные мембраны на основе графена. Наука 335 , 442–444 (2012).

    CAS Google ученый

  • 66

    Джоши Р. К. и др. . Точное и сверхбыстрое молекулярное просеивание через мембраны из оксида графена. Наука 343 , 752–754 (2014).

    CAS Google ученый

  • 67

    Гао, W. и др. . Озонированная пленка оксида графена как протонообменная мембрана. Angew. Chem. Int. Эд. Англ. 53 , 3588–3593 (2014).

    CAS Google ученый

  • 68

    Лю Ф., Сонг, С., Сюэ, Д. и Чжан, Х. Сложенная структурированная графеновая бумага для высокоэффективных электродных материалов. Adv. Матер. 24 , 1089–1094 (2012).

    CAS Google ученый

  • 69

    Мукерджи, Р., Томас, А. В., Кришнамурти, А. и Кораткар, Н. Фототермически восстановленный графен в качестве мощных анодов для литий-ионных аккумуляторов. ACS Nano 6 , 7867–7878 (2012).

    CAS Google ученый

  • 70

    Xu, Y. и др. . Сольватированные графеновые каркасы как высокоэффективные аноды для литий-ионных аккумуляторов. Angew. Chem. Int. Эд. Англ. 127 , 5435–5440 (2015).

    Google ученый

  • 71

    Wu, Z.С., Рен, В., Сюй, Л., Ли, Ф. и Ченг, Х. М. Листы легированного графена в качестве анодных материалов со сверхвысокой скоростью и большой емкостью для литий-ионных батарей. САУ Нано 5 , 5463–5471 (2011).

    CAS Google ученый

  • 72

    Чжоу В. и др. . Общая стратегия создания наноструктур ядро-оболочка из оксида металла-графена для высокоэффективного хранения лития. Energy Environ. Sci. 4 , 4954–4961 (2011).

    CAS Google ученый

  • 73

    Ху, Л. Х., Ву, Ф. Ю., Лин, К. Т., Хлобыстов, А. Н. и Ли, Л. Дж. Катод LiFePO4, модифицированный графеном, для литий-ионной батареи сверх теоретической емкости. Nat. Commun. 4 , 1687 (2013).

    Google ученый

  • 74

    Chou, S. L., Pan, Y., Wang, J. Z., Liu, H. K. & Dou, S. X. Небольшие вещи имеют большое значение: связующее влияет на характеристики Li и Na батарей. Phys. Chem. Chem. Phys. 16 , 20347–20359 (2014).

    CAS Google ученый

  • 75

    He, S. & Chen, W. 3D графеновые наноматериалы для суперконденсаторов без связующего: научный дизайн для повышения производительности. Наноразмер 7 , 6957–6990 (2015).

    CAS Google ученый

  • 76

    Нето, А.Х., Новоселов, К.Двумерные кристаллы: за пределами графена. Mater. Экспресс 1 , 10–17 (2011).

    Google ученый

  • 77

    Батлер С.З. и др. . Прогресс, проблемы и возможности в двумерных материалах помимо графена. САУ Нано 7 , 2898–2926 (2013).

    CAS Google ученый

  • 78

    Гупта А., Сакхивел Т.& Сил, С. Последние разработки в 2D-материалах помимо графена. Прог. Матер. Sci. 73 , 44–126 (2015).

    CAS Google ученый

  • 79

    Chhowalla, M. и др. . Химия двумерных слоистых нанолистов из дихалькогенидов переходных металлов. Nat. Chem. 5 , 263–275 (2013).

    Google ученый

  • 80

    Acerce, M., Вуари, Д. и Чховалла, М. Металлические нанолисты MoS2 фазы 1T в качестве электродных материалов суперконденсатора. Nat. Nanotechnol. 10 , 313–318 (2015). Металлическая 1Т-фаза MoS2 обладает способностью интеркалировать различные катионы, что делает ее перспективной для электрохимического накопления энергии как в водных, так и в органических средах.

    CAS Google ученый

  • 81

    да Силвейра Фирмиано, Э. Г. и др. .Электроды суперконденсатора, полученные прямым соединением 2D MoS2 на восстановленном оксиде графена. Adv. Energy Mater. 4 , 1301380 (2014).

    Google ученый

  • 82

    Чанг, К. и Чен, В. Синтез слоистых композитов MoS2 / графен с помощью L-цистеина с превосходными электрохимическими характеристиками для литий-ионных аккумуляторов. САУ Нано 5 , 4720–4728 (2011).

    CAS Google ученый

  • 83

    Нагиб, М.& Гогоци, Ю. Синтез двумерных материалов путем селективной экстракции. В соотв. Chem. Res. 48 , 128–135 (2014).

    Google ученый

  • 84

    Гидиу М., Лукацкая М. Р., Чжао М. К., Гогоци Ю. и Барсум М. В. Проводящий двумерный карбид титана «глина» с высокой объемной емкостью. Природа 516 , 78–81 (2014).

    CAS Google ученый

  • 85

    Машталир, О. и др. . Интеркаляция и расслоение слоистых карбидов и карбонитридов. Nat. Commun. 4 , 1716 (2013).

    Google ученый

  • 86

    Гаффарзаде, К. Графен и 2D-материалы: рынки, технологии и возможности 2015–2025 гг. (IDTechEx, 2015).

    Google ученый

  • 87

    Weinstein, L. & Dash, R. Суперконденсаторные угли. Mater. Сегодня 10 , 356–357 (2013).

    Google ученый

  • 88

    Вольф, Э. Л. в журнале Applications of Graphene 19–38 (Springer, 2014).

    Google ученый

  • 89

    Чен, К. и др. . Повышенная люминесценция горячих носителей в многослойных наносферах из восстановленного оксида графена. Sci. Отчет 3 , 2315 (2013).

    Google ученый

  • 90

    Раччини, Р., Варци, А., Пассерини, С. и Скросати, Б. Роль графена для электрохимического накопления энергии. Nat. Матер. 14 , 271–279 (2015).

    CAS Google ученый

  • 91

    Wei, W. et al. . Влияние упаковки из графена на характеристики LiFePO4 для литий-ионной батареи. Углерод 57 , 530–533 (2013).

    CAS Google ученый

  • 92

    Wu, Z.С. и др. . Композитные электродные материалы на основе графена и оксида металла для накопления энергии. Nano Energy 1 , 107–131 (2012).

    CAS Google ученый

  • 93

    Park, S.H. и др. . Процесс обжаривания с помощью распыления для сферической сборки in situ из графена для устройств накопления энергии. Chem. Матер. 27 , 457–465 (2015).

    CAS Google ученый

  • 94

    Цай, Дж. и др. . Изготовление графеновых нанолент снизу вверх с атомарной точностью. Природа 466 , 470–473 (2010).

    CAS Google ученый

  • 95

    Цзяо, Л., Чжан, Л., Ван, X., Дяньков, Г. и Дай, Х. Узкие графеновые наноленты из углеродных нанотрубок. Nature 458 , 877–880 (2009).

    CAS Google ученый

  • 96

    Cong, H.П., Рен, X. С., Ван, П. и Ю, С. Х. Мокрое прядение непрерывных, чистых и макроскопических графеновых волокон. Sci. Отчет 2 , 613 (2012).

    Google ученый

  • 97

    Ху, К. и др. . Графеновые микротрубки: контролируемое изготовление и сайт-специфическая функционализация. Nano Lett. 12 , 5879–5884 (2012).

    CAS Google ученый

  • 98

    Станкович, С. и др. . Синтез нанолистов на основе графена путем химического восстановления расслоенного оксида графита. Углерод 45 , 1558–1565 (2007).

    CAS Google ученый

  • 99

    Лю Ч., Ю З., Нефф Д., Жаму А. и Джанг Б. З. Суперконденсатор на основе графена со сверхвысокой плотностью энергии. Nano Lett. 10 , 4863–4868 (2010).

    CAS Google ученый

  • 100

    Чжу, Ю., и др. . Суперконденсаторы на основе углерода, полученные путем активации графена. Наука 332 , 1537–1541 (2011). Это исследование описывает новую стратегию повышения плотности энергии графеновых суперконденсаторов посредством химической активации расслоенного оксида графита. Это приводит к пористому углю с площадью поверхности более 3000 м 2 г -1 , отличающихся повышенной удельной емкостью и пониженным сопротивлением.

    CAS Google ученый

  • 101

    Бай, Дж., Чжун, X., Цзян, С., Хуанг, Ю. и Дуань, X. Графен наномеш. Nat. Nanotechnol. 5 , 190–194 (2010).

    CAS Google ученый

  • 102

    Донг, З. и др. . Легкое изготовление легких, гибких и многофункциональных графеновых волокон. Adv. Матер. 24 , 1856–1861 (2012).

    CAS Google ученый

  • 103

    Ли, Х. и др. . Многофункциональные ткани из графена. Sci. Отчет 2 , 395 (2012).

    CAS Google ученый

  • 104

    Ян З. и др. . Гексагональные луковые кольца из графена. J. Am. Chem. Soc. 135 , 10755–10762 (2013).

    CAS Google ученый

  • 105

    Цой Б.Г., Янг, М., Хонг, В. Х., Чой, Дж. У. и Хух, Ю. С. Трехмерные макропористые графеновые каркасы для суперконденсаторов с высокой плотностью энергии и мощности. САУ Нано 6 , 4020–4028 (2012).

    CAS Google ученый

  • 106

    Чен, З. и др. . Трехмерные гибкие и проводящие взаимосвязанные графеновые сети, выращенные методом химического осаждения из газовой фазы. Nat. Матер. 10 , 424–428 (2011).

    CAS Google ученый

  • 107

    Xu, Y., Sheng, K., Li, C. & Shi, G. Самособирающийся графеновый гидрогель посредством одностадийного гидротермального процесса. САУ Нано 4 , 4324–4330 (2010).

    CAS Google ученый

  • 108

    Коркут, С., Рой-Мэйхью, Дж. Д., Даббс, Д. М., Милиус, Д. Л. и Аксай, И. А. Ленты с большой площадью поверхности, изготовленные из функционализированного графена. САУ Нано 5 , 5214–5222 (2011).

    CAS Google ученый

  • 109

    Sun, H., Xu, Z. & Gao, C. Многофункциональные сверхлегкие углеродные аэрогели синергетической сборки. Adv. Матер. 25 , 2554–2560 (2013).

    CAS Google ученый

  • 110

    Бай, Х., Ли, К., Ван, Х. и Ши, Г. О гелеобразовании оксида графена. J. Phys. Chem. С 115 , 5545–5551 (2011).

    CAS Google ученый

  • 111

    Берресс, Дж. У. и др. . Каркасные материалы из оксида графена: теоретические прогнозы и экспериментальные результаты. Angew. Chem. Int. Эд. Англ. 49 , 8902–8904 (2010).

    CAS Google ученый

  • 112

    Джахан, М., Бао, К. и Ло, К.P. Электрокаталитически активный композит графен – порфирин MOF для реакции восстановления кислорода. J. Am. Chem. Soc. 134 , 6707–6713 (2012).

    CAS Google ученый

  • 113

    Чжао, Ю. и др. . Универсальный сверхлегкий каркас из графена, легированного азотом. Angew. Chem. Int. Эд. Англ. 124 , 11533–11537 (2012).

    Google ученый

  • 114

    Гилье, С., Хан, С., Ван, М., Ван, К. Л. и Канер, Р. Б. Химический путь получения графена для устройств. Nano Lett. 7 , 3394–3398 (2007).

    CAS Google ученый

  • 115

    Тунг, В. К., Аллен, М. Дж., Янг, Ю. и Канер, Р. Б. Высокопроизводительная обработка растворов крупномасштабного графена. Nat. Nanotechnol. 4 , 25–29 (2009).

    CAS Google ученый

  • 116

    Ликари, Дж.J. Покрытия для электронных приложений: полимеры, обработка, надежность, тестирование (William Andrew Publishing, 2003).

    Google ученый

  • 117

    Ли, Дж. У. и др. . Чрезвычайно стабильное переключение ультратонких электродов из нанопроволоки V2O5 – графен для катодов литиевых аккумуляторов. Energy Environ. Sci. 5 , 9889–9894 (2012).

    CAS Google ученый

  • 118

    Чжан Х. и др. . Электроспрядные композитные нановолокна TiO2 – графен как высокопрочный вставной анод для литий-ионных аккумуляторов. J. Phys. Chem. С 116 , 14780–14788 (2012).

    CAS Google ученый

  • 119

    Лян, Ю., Ву, Д., Фенг, X. и Мюллен, К. Дисперсия графеновых листов в органическом растворителе, поддерживаемая ионными взаимодействиями. Adv. Матер. 21 , 1679–1683 (2009).

    CAS Google ученый

  • 120

    Д’Арси, Дж.М., Тран, Х. Д., Стиг, А. З., Гимжевски, Дж. К. и Канер, Р. Б. Выровненные тонкие пленки углеродных нанотрубок, графена и оксида графита с помощью направленного на подложку быстрого межфазного осаждения. Наноразмер 4 , 3075–3082 (2012).

    CAS Google ученый

  • 121

    Li, X. и др. . Листы графена с высокой проводимостью и пленки Ленгмюра – Блоджетт. Nat. Nanotechnol. 3 , 538–542 (2008).

    CAS Google ученый

  • 122

    Ю. Д. и Дай Л. Самособирающиеся гибридные пленки графен / углеродные нанотрубки для суперконденсаторов. J. Phys. Chem. Lett. 1 , 467–470 (2009).

    Google ученый

  • Есть ли в нашем (ближайшем) будущем графеновая батарея?

    Графен — увлекательная штука, многообещающая. Может ли это дать полезные результаты для хранения энергии, все еще остается открытым вопросом.Но Samsung и стартап под названием Real Graphene могут иметь хотя бы начало в этой сфере. GAC, китайская автомобильная компания, похоже, обещает аккумуляторы до конца того, что осталось в этом году. Может быть надежда среди темной зимы.

    Отстающие обещания Samsung

    В 2017 году группа исследователей из Передового технологического института Samsung (SAIT) разработала «шар из графена », обещающий увеличение емкости на 45% и скорость зарядки в пять раз выше, чем у стандартных литий-ионных аккумуляторов.В надежде на использование мобильных устройств и электромобилей SAIT тесно сотрудничал с Samsung SDI *, а также с командой из Школы химической и биологической инженерии Сеульского национального университета.

    * Непростое сокращение, SDI означает «Samsung с начальной буквой S,« Display »и« Digital »с D и« Interface »и« Internet Component »с I.» Возможно, это не самая чистая работа в области корпоративного брендинга.

    Для полной зарядки обычных литиевых аккумуляторов в транспортных средствах может потребоваться значительное время.«Зарядка» аккумуляторов дома от 120-вольтовой розетки может занять несколько дней, чтобы полностью зарядить автомобиль дальнего следования, такой как Tesla. По словам Samsung, «теоретически для полной зарядки аккумулятора на основе материала« графеновый шар »требуется всего 12 минут. Кроме того, аккумулятор может поддерживать очень стабильную температуру 60 градусов Цельсия, при этом стабильная температура аккумулятора особенно важна для электромобилей ».

    Графеновые шарики смешивают доступный диоксид кремния (SiO2) с массово синтезированным графеном и используют эти шарики, похожие на попкорн, в качестве как защитного слоя анода, так и материалов катода в литий-ионных батареях.Несмотря на увеличенную емкость зарядки, сокращенное время зарядки (всего 12 минут для полной зарядки электромобиля) и стабильную температуру во время всех операций, с 2018 года мы мало что видели от Samsung по этому вопросу.

    Неутешительно, поскольку доктор Сон Ин Хёк, который руководил проектом от имени SAIT, возлагал большие надежды на потенциальный результат. «Наши исследования позволяют осуществить массовый синтез многофункционального композитного материала графена по доступной цене. В то же время мы смогли значительно расширить возможности литий-ионных аккумуляторов в условиях, когда рынки мобильных устройств и электромобилей стремительно растут.Мы стремимся постоянно исследовать и развивать технологию аккумуляторных батарей в свете этих тенденций ».

    SAIT сообщил о своих выводах в статье Nature Communications за 2017 год «Графеновые шары для литиевых аккумуляторных батарей с быстрой зарядкой и высокой объемной плотностью энергии».

    Настоящий графен поднимает мяч

    Содействуя факторам, которые делают графен отличным материалом для батарей, Real Graphene производит настоящие графеновые батареи.Их Power Banks, карманные станции подзарядки для других электронных устройств, бывают мощностью 60 Вт, 5 и 10 ампер-час, а также модели на 10 ампер-час и 100 Вт. Самый маленький, G-Lite Power Bank, может быть полностью заряжен за 17 минут, что намного быстрее, чем два часа, которые требуются для зарядки аналогичного устройства от обычного литий-ионного аккумулятора.

    Его можно заряжать 1000 раз, использовать три года, если полностью заряжать и разряжать ежедневно. При цене 59,95 долларов он находится в среднем ценовом диапазоне для более обычных литий-ионных аккумуляторов.

    Поскольку графен имеет очень низкое сопротивление, при прохождении через него тока происходит небольшое тепловыделение. Это способствует тому, что батареи с усиленным графеном прослужат дольше и не представляют угрозы теплового разгона. У компании есть амбиции перейти к более крупным проектам, включая накопление энергии для электромобилей.

    Генеральный директор

    Real Graphene Сэмюэл Гонг встретился с президентом Microsoft Брэдом Смитом в библиотеке Никсона в Йорба-Линда, Калифорния. Хотя Real Graphene сдерживает то, что обсуждалось, фирма намекает, что их блоки питания могут использоваться для зарядки устройств Microsoft Surface.Или они могут быть напрямую интегрированы в устройства MS. Корпоративные клиенты позволят Real Graphene ускорить исследования и разработки.

    Вызовы

    При всех многообещающих характеристиках графена нам остается только гадать, почему он не является широко доступным материалом для интересных приложений. Nanowerk сообщает: «Одна из самых серьезных проблем, стоящих сегодня перед коммерциализацией графена, — это производство высококачественного материала в больших масштабах, с низкими затратами и воспроизводимым способом.”

    Очевидно, дефекты качества ухудшают обещанные характеристики. Nanowerk перечисляет: «… наличие дефектов, примесей, границ зерен, множественных доменов, структурных нарушений [и] морщин в листе графена, [которые] могут отрицательно влиять на его электронные и оптические свойства». Использование процесса химического осаждения из паровой фазы (CVD) позволяет получить образцы большого размера, но получение высококачественных и незначительных дефектов затруднено.

    Луч света?

    Что выглядит обнадеживающим знаком для «графеновых» аккумуляторов, «китайский производитель электромобилей Guangzhou Automobile New Energy (GAC) объявил, что он разработал усиленный графеном аккумулятор для [электрических] транспортных средств, который будет доступен для массового производства. в конце этого года.«Объявленное в мае, GAC сообщило, что его графеновая технология может заряжать батареи (если исходить из электромобилей) до 85 процентов за восемь минут.

    С 2014 года компания Guangzhou Automobile Group начала это исследование, сосредоточившись на приготовлении и применении трехмерного структурного графенового материала (3DG). GAC официально объявила о выпуске «сверхбыстрой зарядки». С тех пор компания «… успешно завершила испытания образцов аккумуляторных элементов, модулей и аккумуляторных блоков и провела весь автомобиль для испытаний на зарядку высокой мощности.Кроме того, срок службы батареи и безопасность достигли стандартов использования ».

    13 мая этого года новое энергетическое подразделение GAC Group объявило, что массовое производство графеновых батарей перейдет от лабораторий к реальным автомобилям, начиная с модельного ряда GAC Aion. «Независимая интеллектуальная собственность» GAC распространяется на разработанные компанией «сверхбыстрые аккумуляторы» на основе 3DG. Аккумуляторы GAC заряжаются до 85 процентов за восемь минут, что сопоставимо с временем заправки обычных транспортных средств, работающих на ископаемом топливе.

    Другие сообщения указывают на то, что та же технология графена может быть применена к автомобилям, работающим на водородных топливных элементах. После нескольких фальстартов графен, наконец, может вступить в свои права.

    GAC видит прогресс с графеновой батареей

    Китайский производитель автомобилей GAC объявил о «революционном прогрессе» в области технологии аккумуляторов на основе графена. Эти батареи могут значительно сократить время зарядки и значительно продлить срок службы батареи.Батареи будут установлены в первый автомобиль с сентября.

    GAC говорит о «прорыве», ссылаясь на последние проведенные тесты. Они показали, что батарею на основе графена можно заряжать при температуре 6 ° C — мощность зарядки в шесть раз превышала фактическую емкость батареи. GAC сообщает, что в сочетании с зарядным устройством на 600 А аккумулятор может заряжаться до 80 процентов за восемь минут.

    GAC до сих пор не дал более конкретных сведений об энергосодержании или других деталях процесса зарядки — например, включает ли он тест зарядки с элементом в лаборатории, аккумуляторным модулем или готовым к установке аккумуляторным блоком.Размер и вес также не экстраполируются при объявлении о прорыве компании, хотя плотность энергии является важным фактором для батарей на основе графена.

    Компания заявляет, что батарея прошла так называемый «тест на разряд батареи», при котором батарея подвергается механическому проникновению, и элементы не могут загореться. Аккумулятор уже проходит зимние испытания в автомобиле. Aion V станет первой моделью, оснащенной этой батареей.Начало серийного производства здесь запланировано на сентябрь 2021 года. Из серии Aion GAC до сих пор представлял Aion S как электрический седан, а Aion LX как электронный внедорожник.

    В прошлом году GAC заявила, что решила одну из больших проблем, связанных с батареями на основе графена: стоимость. По словам автопроизводителя, изначально графен стоил до нескольких сотен долларов за грамм. Компания заявляет, что с помощью технологии производства 3DG она сократила затраты до одной десятой по сравнению с традиционным процессом.

    В то время как другие компании также работают над батареями на основе графена, помимо GAC, ни одна другая компания еще не назвала точную дату производства.В сентябре 2020 года KIT и Skeleton Technologies объединили свои усилия для разработки графеновой батареи. В этом случае разработчики стремятся скорее дополнить литий-ионный аккумулятор, чем фактически заменить его. Одна из причин этого заключалась в том, что плотность энергии не могла сравниться с другими типами батарей. Когда его спросили, Skeleton дал значение 60 Втч / кг, что примерно соответствует никель-металлогидридным батареям. Литий-ионные батареи составляют от 120 до 180 Втч / кг. В сентябре 2020 года Skeleton также заявила, что уже подписала письмо о намерениях на сумму в один миллиард евро с «ведущим автомобильным OEM-производителем», чтобы вывести технологию на рынок.В то время они не разглашали заказчика.

    gac-motor.com

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *