Что такое графеновые аккумуляторы

Возможно, в самом ближайшем будущем гегемония литий-ионных аккумуляторов подойдет к концу, ведь на сцену выходит новый тип аккумуляторов – графеновый. Так давайте познакомимся с графеновыми аккумуляторами поближе, и узнаем какими свойствами они обладают и чем же они так хороши.

Что такое графеновые аккумуляторы

Что такое графен

Для начала давайте скажем несколько слов о таком материале как графен. Данный материал был искусственно получен еще в 2004 году российскими учеными и представляет из себя пленкообразную структуру, формированную из атомов углерода.

Если сказать по-простому, то графен – это плоскость графита, отделенная от общей структуры материала. При этом атомы расположены, так что формируется шестигранная кристаллическая решетка.

Что такое графеновые аккумуляторы

При этом образованное вещество настолько плотное, что обладает повышенной степенью жесткости и колоссальным запасом теплопроводности.

При этом электроны свободно могут перемещаться по структуре пленки, что открывает широкие перспективы для внедрения нового материала в полупроводниковые схемы.

Первой областью, где было принято решение использовать графен – это производство автомобильных аккумуляторов.

Что такое графеновые аккумуляторы

В первых опытах графен соединяли с литием, но как показала практика, это оказалось неправильным решением. А все потому, что литий - это крайне агрессивное вещество, и при контакте с водой литий взрывается.

Поэтому такие модификации аккумуляторов отказались устанавливать на электромобили, ведь в случае ДТП и повреждения аккумуляторной батареи была очень высокая вероятность возгорания.

Так же для производства таких батарей нужно было большое количество лития, а это дорогой металл.

Поэтому было принято решение искать альтернативу литию и нашлось сразу два варианта:

1. Американская модель. Согласно ей, источником реакции выступает уже кобальт-литий и составной катод из пластин кремния и графена.

2. Российская модель. Где используется магний-графеновая модификация, где анод из литиевой соли успешно заменили на оксид магния (гораздо более распространенное и дешевое вещество).

Но несмотря на различные подходы преимущества и недостатки у графеновых аккумуляторов идентичные.

Что такое графеновые аккумуляторы

Если мы с вами сравним классические литий-ионные аккумуляторы с графеновыми, по последние наделены следующими преимуществами:

- Графен производится из легкодоступного и дешевого сырья.

- Производимый материал очень легкий. Так один квадратный метр графена весит всего лишь 1 грамм, а это позволяет в значительной степени снижать массу аккумулятора.

- Экологи могут спать спокойно, так как графен экологически чист.

- Графен обладает повышенными показателями прочности и водонепроницаемости.

- Поврежденные участки поверхности легко восстанавливаются.

- Проводимость графена существенно выше, чем у любого другого проводника (конечно, на данный момент).

Что такое графеновые аккумуляторы

- Повышенная удельная емкость. Например, автомобиль, у которого установлена графеновая батарея способен проехать на одном заряде до 1 тыс. километров.

- Емкость графеновых аккумуляторов не снижается по причине частых циклов разряд-заряд.

- Время полной зарядки составляет всего 8 минут.

Как видите плюсов просто вагон и маленькая тележка, но есть и свои минусы, а именно:

- У графена довольно низкая плотность, поэтому пока есть существенные ограничения в использовании. Например, сотовый телефон с графеновой батареей будет габаритным.

На самом деле графеновый аккумулятор по своему строению мало чем отличается от строения литий-ионной батареи с твердым электролитом. Единственное, что в случае с графеном катод выполнен из угольного кокса, по причине того, что его хим. состав приближен к чистому углероду, а графит заменен на графен.

Что такое графеновые аккумуляторы

Для того, чтобы повысить емкость батареи инженеры добавили между слоями графена участки из кремния. А для увеличения скорости зарядки в пластинах графена проделали небольшие отверстия по 15-20 нанометров в диаметре.

Вот и все, в остальном это обычная батарейка.

Без сомнения графеновые аккумуляторы еще найдут свою нишу и вполне возможно полностью потеснят литий-ионные аккумуляторы с их пьедестала, но пока они не вышли на широкий рынок, говорить об этом рано. Ну, а если вам понравилась статья, тогда ставим палец вверх и подписываемся. А еще больше интересного и полезного вы сможете найти на моем сайте, где статьи выходят несколько раньше.