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.

Графеновый аккумулятор. Прорыв в создании устройств хранения энергии

В настоящее время потенциальных покупателей электромобилей зачастую пугает перспектива довольно небольшого пробега автомобиля от одной подзарядки и слишком долгий процесс заряда аккумуляторов. В самое ближайшее будущее все может очень сильно измениться и нас ждут весьма интересные девайсы способные заряжаться за несколько минут, а также графеновые электронные компоненты и другие наноматериалы.

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.

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.

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.

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».

Как улучшить характеристики существующих аккумуляторов  

В области аккумуляторов обычные материалы для аккумуляторных электродов (и перспективные) значительно улучшаются при добавлении графена.

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.

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% ».  

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.

Источник контента: Наука и Техника

как это работает и есть ли альтернативы — Будущее на vc.ru

Группа исследователей из Цюриха и США попробовала улучшить литий-ионные аккумуляторы, пока другие ищут способы отказаться от нынешних технологий в пользу водорода и других способов хранения энергии.

20 627 просмотров

Литий-ионный аккумулятор — один из ключевых элементов современной электроники, который обладает множеством недостатков: вещества в составе ядовиты и воспламеняемы, а батареи раздуваются, разряжаются на морозе и со временем теряют ёмкость.

При этом принципиально изменить работу литиевых аккумуляторов нельзя из-за химических и физических особенностей — поэтому учёные, стартапы и крупные компании ищут способы переизобрести их или перейти на полностью новые конструкциии.

Эксперименты исследователей из высшей технической школы Цюриха и Ок-Риджской национальной лаборатории в США в июне 2020 года показали, что сурьма может сделать батареи гораздо более ёмкими без ущерба для срока службы.

Но кроме попыток улучшить литий-ионные батареи у инженеров есть и другие варианты — например, постепенно переходить на графен или развивать технологии водородных топливных ячеек.

Почему растёт спрос на литий-ионные аккумуляторы

Большинство современных электронных устройств работают на литий-ионных аккумуляторах в том числе, благодаря их эффективности и универсальности: производителю достаточно изменить размер и количество ячеек батереи в зависимости от предназначения.

По их мнению, быстрый рост солнечной и других возобновляемых источников энергии потребует эффективных технологий хранения энергии, а производство литий-ионных аккумуляторов увеличится — инвестбанк Berenverg оценивал рост производства с 68 ГВт•ч в 2016 году до 1165 ГВт•ч к 2026 году.

Во многом спрос на литиевые аккумуляторы вырос благодаря переходу автопроизводителей к гибридным или электрическим автомобилям. При этом машины требуют гораздо более мощных батарей (и их количество), чем другая электроника.

В чем сложности увеличения мощности литиевых аккумуляторов

Производство аккумуляторов растёт и удешевляется: стоимость хранения 1 кВт•ч c 2010 по 2018 год упала с $1160 до $176. Но из-за постоянно растущих требований к мощностям и скорости заряда и разряда возникает проблема со сроком службы батареи и её габаритами — по физическим и химическим причинам.

Литий-ионные аккумуляторы вырабатывают электричество, перемещая ионы лития между двумя электродами: — катодом и анодом.

Чем больше поток ионов, тем выше и ёмкость батареи, но просто так увеличивать его нельзя. В процессе заряда-разряда анод разбухает и сжимается: чем больше поток ионов, тем меньше циклов заряда-разряда выдерживает батарея, также её может замкнуть, пишет New Atlas.

3DNews

Чтобы увеличить мощность, можно увеличить габариты аккумулятора — но от этого пострадают размеры устройств.

При этом кардинально изменить принцип работы литиевых аккумуляторов нельзя: литий — металл с лучшими характеристиками, отмечает Toshiba. Поэтому производители и учёные вынуждены экспериментировать с отдельными материалами для точечного улучшения батарей.

Один из потенциально удачных экспериментов — поиск материалов, способных защитить анод от разрушения.

Как пытаются увеличить ёмкость батареи: эксперименты с титаном и сурьмой

Чтобы решить проблему c разрушением анода при увеличении ёмкости батареи, исследователи MIT и Университета Цинхуа разрабатывали электрод из наночастиц с полой оболочкой из диоксида титана и наполнителем, который меняет размер, не затрагивая оболочку.

В среднем проект втрое увеличивал ёмкость аккумуляторов одного размера, которые заряжались за 6 минут и меньше деградировали. Но изготовление электрода из искусственных элементов было сложным и дорогостоящим, отмечает New Atlas.

Теперь же исследовательская группа учёных из США и Швейцарии обнаружила, что покрытые оксидом микрочастицы сурьмы самопроизвольно образуют полые структуры в течение цикла заряда-разряда батареи и не меняют размер.

Сурьма — ядовитый полуметалл, который применяется на производстве диодов и инфракрасных детекторов и в свинцовых сплавах.

При поступлении ионов оксидный слой позволяет оболочке анода при необходимости расширяться, а при удалении ионов создаёт пустоты, а не сжимается — это позволяет увеличить поток ионов без повреждения анодов.

Полые наноматериалы проектируются и разрабатываются уже давно, и это многообещающий способ улучшить срок службы и стабильность аккумулятора с высокой плотностью энергии.

Проблема в том, что прямой синтез полых наноструктур для коммерческого использования слишком сложный и дорогостоящий. Наше открытие предлагает процесс проще, но основанный на той же идее.

Мэтью Макдауэлл

доцент школы машиностроения Джорджа Вудраффа

Подобное свойство проявляется в нанокристаллах, диаметр которых менее 30 нм. Открытие было неожиданным, так как эксперименты на более крупных частицах были неудачными: они сжимались и разжимались, а не создавали полую структуру.

Ученые наблюдали за зарядом и разрядом батареи в масштабе наночастиц с помощью мощного электронного микроскопа. Так они провели более точные эксперименты и поняли, как ведут себя различные материалы.

Изображение нанокристаллов сурьмы под микроскопом

Также кристаллы сурьмы можно использовать и в натрий-ионных и калий-ионных аккумуляторах, но для этого нужно провести гораздо больше тестов, отмечают исследователи.

Авторы провели испытания сурьмы на батареях с небольшим объёмом. Теперь команда планирует подобрать максимально дешёвый подходящий материал и провести исследование на батареях покрупнее, чтобы начать работу над коммерческими моделями.

К похожим результатам по увеличению ёмкости батарей пришла группа российских, израильских и австралийских ученых — они использовали оксид графена и сульфид сурьмы для получения анода калий-ионного аккумулятора.

Тестовые батареи с наночастицами сурьмы New Atlas

Чем пытаются улучшить или заменить литий-ионные аккумуляторы

Так как батареи на основе лития улучшаются медленно и тяжело, учёные и стартапы начали эксперименты по модификации или замене литий-ионных аккумуляторов с помощью новых технологий.

Графеновые аккумуляторы для электромобилей и электроники

Графен считается одним из наиболее перспективных материалов в электронике за счет высокой теплопроводности, подвижности электронов и экологичности. В 2010 году российские ученые Андрей Гейм и Константин Новоселов получили Нобелевскую премию по физике за изучение свойств графена.

Графеновые аккумуляторы за счет повышенной активности заряженных частиц могут быть большей ёмкости, чем литиевые. Например, удельная ёмкость литий-ионного аккумулятора около 200 Вт•ч на 1 кг веса, у графенового аккумулятора такого же веса —1000 Вт•ч, пишет «Наука и техника».

С помощью графена можно улучшить ёмкость и скорость заряда литий-ионных батарей. Например, российские учёные из НТИ и МГУ заменили графит, который используется в качестве анода, на графен (сочетание кремния и графена), что увеличивает объём аккумулятора для городского транспорта на 20%.

С 2017 года над графеновым аккумулятором для смартфонов работает Samsung: инженеры смогли с помощью графеновых элементов в катоде и аноде увеличить ёмкость литий-ионных батарей на 45%, а скорость зарядки в пять раз.

Графеновый аккумулятор Real Graphene

В январе 2020 года стартап Real Graphene на CES 2020 представил графеновый аккумулятор на основе литий-ионного. Инженеры добавили в обычный аккумулятор графеновый слой и смешали литий с графеном.

В результате время зарядки аккумулятора на 3000 мАч (например, в iPhone 11 3110 мАч) сократилось до 20 минут на зарядке мощностью 60 Вт, а срок жизни вырос с 300–500 до 1500 циклов.

Версия устройства на 10 тысяч мАч стоит $85, блок питания на 100 Вт — $15.

Устройства питаются не только по проводу, но и через беспроводную зарядку сверху

Одна из основных проблем графена — его искусственное синтезирование приводит к высокой стоимости производства : $67-200 тысяч за тонну чистого материала. Поэтому исследователи стремятся найти новые способы его добычи: например, с помощью экстракта коры эвкалипта или нагревом проводящих материалов из мусора.

Впрочем, цена на графен быстро падает по мере развития технологии и производства: в 2010 году стоимость графена размером с почтовую марку составляла десятки тысяч долларов.

Аккумулятор на основе морской воды от IBM Research

В декабре 2019 года исследовательское подразделение IBM рассказало о разработке батареи нового типа, материалы для которой получают из морской воды.

Технология не предполагает наличие кобальта и никеля — тяжёлых металлов, которые используются в литий-ионных аккумуляторах, но их сложно и дорого добывать.

Система дифференциальной электрохимической спектроскопии — она измеряет объём выделившего из батарейного элемента газа во время цикла заряда-разряда

Компания заявляет, что новая технология на базе трёх запатентованных материалов (конкретно их IBM не называет) может превзойти существующие аккумуляторы по стоимости, мощности, энергоэффективности и времени заряда. Она менее огнеопасна, а батареи можно будет использовать в «умных» энергосистемах, самолётах и электромобилях.

Для разработки и производства аккумулятора IBM заключила партнёрство с Mercedes-Benz и производителями батарей Central Glass и Sidus. Первые коммерческие продукты появятся к 2022 году, заявляют сотрудники подразделения IBM Research.

Водородные топливные элементы для пикапов, грузовиков и автобусов

Промышленные и производственные компании инвестируют в водородное топливо, чтобы сократить парниковые газы от грузового транспорта, пишет Bloomberg.

Водородные грузовики используют топливо для работы двигателя или зарядки аккумулятора: в результате процесса преобразования водорода в энергию производит воду, а не выбрасывает парниковые газы, как двигатели внутреннего сгорания.

По отчёту аналитической компании E4tech, поставки водородных топливных элементов в 2019 году выросли более, чем на 40% по сравнению с 2018 годом — 1100 мВт вместо 806 мВт годом ранее.

Производство водородных топливных элементов с 2015 по 2019 год Bloomberg

Основные поставщики водородных элементов — Toyota и Hyundai.

Один из успешных стартапов по производству грузовиков с электродвигателем на водороде — американская Nikola Motors. В июне 2020 года компания провела IPO при капитализации в $12 млрд.

К 2024 году она планирует выпустить 12 тысяч грузовиков на водороде и создать сеть заправочных станций. В феврале 2020 года Nikola запустила производство собственного пикапа Badger с запасом хода в 1000 км. Первые автомобили поступят в продажу до 2022 года.

Nikola Badger

Пока водородный транспорт уступает электротранспорту на литий-ионных батареях. В 2019 году было выпущено около 15 300 водородных топливных элементов для транспорта, тогда как «обычных» электромашин было продано 1,5 млн, пишет Bloomberg.

Тем не менее, топливные элементы могут в будущем заменить литиевые батареи — в коммерческих транспортных средствах, например, автобусах и грузовиках/

Одним из новых игроков на рынке топливных элементов в 2019 году стала немецкая Bosch. Компания объединилась с производителем батарей для водородных элементов PowerCell для разработки топливных элементов для грузовых и легковых автомобилей и запустит производство к 2022 году.

Bosch считает, что это направление в ближайшие несколько лет будет стоить «миллиарды долларов», а к 2030 году около 20% электроавтомобилей будут работать на водороде.

Модульные термобатареи на сотни мегаватт

Австралийский стартап Climate Change Technologies разработал термобатарею TED для серийного производства — она хранит в 6 раз больше энергии, чем литий-ионные аккумуляторы, способна работать не менее 20 лет и при этом дешевле на 20–40%.

Устройство представляет собой модульный накопитель, который принимает электричество из любых источников: ТЭС, солнечных и ветровых установок, топлива или энергосетей, и хранит в форме скрытого тепла. При необходимости тепловой двигатель установки генерирует энергию.

Основатели CCT: Серж Бондренко и Грэм Уорбертон

Стандартный модуль рассчитан на 1,2 МВт•ч — он может одновременно запитать около 120 российских квартир при средней выделенной мощности 10 кВт на каждую. При необходимости TED масштабируется до сотен мегаватт. Если произойдёт блэкаут, модуль будет активным около двух дней.

Характеристики и ёмкость термобатареи не меняются после 3000 циклов заряда-разряда. Кроме того, устройство можно отправить на переработку, когда оно сломается.

Основатели заявляют, что TED обеспечит электричеством жителей труднодоступных районов в случае стихийных бедствий или в зоне землетрясений. В будущем компания планирует планирует запустить паромы на электротяге и уменьшить размеры батареи, чтобы они помещались в корпус электромашины.

Графеновый аккумулятор — особенности эксплуатации магний-графеновых АКБ

Алмаз, графит, древесный уголь – это все углерод в различных трехмерных кристаллических решетках. Но нас интересует новый вид кристаллов, двухмерный, плоский. Он назван графеном и имеет выдающиеся свойства. Расщепить кристаллы на молекулярном уровне удалось совсем недавно, в 2004 году. Огромный поверхностный заряд материала обусловлен плоской структурой. Для использования в электротехнике важны и другие свойства – отличная тепло- электропроводность, увеличение допустимой мощности микроэлектронных схем. При толщине поверхности 91*10 ^-12м или 91 пикометра, на ней удерживается вес в 4 кг. Для аккумулятора важно, что тонкий слой графена принимает заряд мгновенно, и аккумулятор емкостью 55 А/ч заряжается за 8 минут.

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.

Ученые прогнозируют, будущее за графеновыми аккумуляторами. Их плюсы неоспоримы, а минусы минимальны. Но создать устойчивые компоненты, закрепить двухмерность углерода не просто.

Зарубежные научные корпорации пошли по пути создания графеновых накопителей энергии с электролитом в виде LiCoO2. Идут разработки, уже имеется опытное производство аккумуляторов с 2015 года. Первой стала испанская компания Graphenano. На зарядку графенового аккумулятора требуется всего 8 минут. При этом заявлено, что емкость литий-графеновых аккумуляторов в 10 раз больше, чем литий-ионных.

Российские исследователи заменили анод оксидом магния. Композиция дешевле, меньше нагревается аккумулятор и уменьшается опасность возгорания. Ученые прогнозируют  емкость новых, магниево-графеновых аккумуляторов, больше литиевых в 2,5 раза.

Не остались в стороне разработчики в области IT-технологий. Графеновые аккумуляторы входят в производство. Уже в 2018 году эксперты из компании Elecjet выпустят портативный заряжающий аккумулятор USB-C на графеновой основе. Зарядить телефоны iPhone 5,6,7 можно будет за 5-10 минут.

В январе 2018 года компания Samsung обещала поставить в торговые сети новый смартфон Galaxy S9 с настоящей графеновой батареей. При емкости в 3000мА/ч заряжаться телефон будет 15 минут. Компания получила патент на графеновый аккумулятор для смартфонов и будет единственным мировым поставщиком.

Графеновый аккумулятор для электромобиля

Разработки аккумуляторов для автомобилей с графеном перспективны. Новости о производстве скупы. Компании всего мира стремятся создать собственные разработки. Поэтому информация о графеновых аккумуляторах засекречена.

В основном разработки ученых направлены на создание крупных аккумуляторов для транспорта. Автомобильный пробег на одной зарядке модели Tesla Mobil S составляет 800-1000 км, скорость зарядки 10-12 минут. Транспорт экологически чистый. С развитием производства графеновых аккумуляторов неизбежно строительство сети зарядных станций.

Производство графеновых аккумуляторов перспективно. Именно такого емкого и быстро заряжающегося источника энергии не хватает для развития электромобилей. Важно и то, что весит новый аккумулятор в 2 раза меньше литий-ионных батарей. Его механические свойства идеально вписываются в условия эксплуатации машин. Графен в 200 раз прочнее стали, эластичный. Первые опытные образцы уже проходят испытания.

В России лидером в разработке магний графеновых аккумуляторов является предприятие «Конгран» (конденсатор графеновый Академии наук), резидент центра Сколково. Ведутся работы по подбору и созданию устойчивой композиции двухмерного графена, стремящегося к объемной структуре.

Графеновый аккумулятор для квадрокоптера

Любой летательный аппарат эффективности полета и его дальности обязан бортовой АКБ. При выборе источника энергии важны емкость, токоотдача, вес и габариты. До появления графеновых аккумуляторов непревзойденными качествами обладали литий-полимерные. Но они склонны к возгоранию при перезаряде и нагревании. Этих недостатков лишены магний графеновые аккумуляторы. Купить некоторые из образцов уже возможно.

Лучшим считается аккумулятор в жестком корпусе Turnigy Graphene 5000 mAh 2S2P. Новая батарея поддерживает высокую выходную мощность, под нагрузкой остается холодной. При этом батарея обеспечивает разряд 90С постоянно и 130С кратковременно. Вес конструкции с проводами и разъемами 291 грамм. Заряжается быстро с потреблением тока до 15 С, от LiPo зарядки.

Есть и другие аккумуляторы, разработанные на основе графеновых составляющих от разработчика Graphene. К ним относится:

• модель FlyMod от компании ONBO Power;
• Dinogy Ultra Graphene 02 4S 80C – вторая доработанная модель;
• Thunder Power Adrenaline – лучшие модели для продолжительных полетов.

Графеновый аккумулятор своими руками

Уже понятно, создать двухмерную структуру графена и закрепить его свойства – задача не из простых. Ученые всего мира работают над проблемой. Сделать в кустарных условиях графеновый аккумулятор невозможно.

Но усвоив, что слой углерода должен быть микроскопически тонким, мастера получают такой разными способами.  Они истирют графит в тонкодисперсный порошок, производят химическую обработку, наносят его на подложку из алюминия. Предлагаем ознакомиться с одним из способов получения нужного состава.

Потребентся металлический сосуд с герметичной закрывающейся крышкой, с мешалкой. Миксер работает от асинхронного двигателя без перерыва 2 суток. В емкости смешивается в пену графитовый порошок с жидкостью Ферри. В полученной пене во взвешенном состоянии находятся микроскопические частицы графита. Высушить пену, собрать пыль, растворить ее в лаке для обработки алюминия – вот и готов «графен». Теперь состав нужно нанести на подложку из алюминия и строить магний-графеновый аккумулятор своими руками.

Есть способы сбора угольной пыли на липкую ленту, выжигание лучом лазера с получением чешуйчатого материала, растворение графита в смеси азотной и серной кислот. Высохший осадок выжигают в установке, получая легкие хлопья. Считают этот вид сажи графеном и работают с ним.

Видео

Предлагаем посмотреть видео и оценить один из способов получения гибкого графенового аккумулятора своими руками.

Телефон с батареей на 20 000 мАч и подзарядкой за 5 минут!

Графеновый аккумулятор заряжается всего за 5 минут и обладает большей плотностью, чем обычные литий-ионные элементы питания. С такой технологией производители телефонов смогут создать аппарат с трудно представимой автономностью.

Миллиарды долларов потрачены в возможность разместить внутри смартфона батарею плотностью 20 000 мАч, которую можно зарядить за чашкой кофе.

Революционный материал графен до настоящего времени сохранял статус «гипотетической» основы для технологий аккумуляторов будущего. И вот теперь Каталонский стартап Earthdas достиг успеха — учёные протестировали подзарядку с 12-кратным приростом в скорости подзарядки.

Колоссальные инвестиции в Earthdas окупятся в случае успешной коммерциализации графеновых батарей, уверены разработчики. Города сегодня испытывают потребность в мобильных технологиях. Автоматически управляемые автомобили, повсеместные гаджеты, системы умного дома и многие другие современные инновации не могут обходиться с батареями старого типа.

Поскольку батареи из графена заряжаются так быстро, это открывает двери для революционных решений с точки зрения обмена энергией между пользователями.

Ёмкость графенового аккумулятора может быть увеличена на 60% в сравнении с литий-ионными АКБ. Скорость подзарядки — в 12 раз. И речь идёт о первых коммерческих образцах, которые появятся не в каком-то отдалённом будущем, в отличие от других подобных разработок, а уже в 2018-м году!

Earthdas произведёт первые в мире графеновые батареи этой осенью в количестве 3000 единиц.

Эксперты уверены, что основным толчком к развитию технологий в мире аккумуляторов стали электромобили, о чём мы рассказывали в следующих материалах:
• Машины Тесла приближают аккумуляторы будущего;
• Электромобили наше всё — титан нефтедобычи BP вложился в батареи будущего;
• а ещё вы можете исправить автономность ваших гаджетов, для этого проконсультируйтесь через email: [email protected];
• или по бесплатному (для жителей России) номеру телефона: 8 800 555-86-57 (круглосуточно).

Не забудьте подписаться на новости в нашем сообществе «Вконтакте», чтобы получать свежую информацию о мире независимых от розетки гаджетов, улучшении их автономности и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов vk.com/neovoltru. Подключайтесь, чтобы в числе первых узнавать об инновациях и становиться ещё автономнее в цифровой век.

Графеновые аккумуляторы. Что они из себя представляют и почему за ними будущее

Графеновые аккумуляторы. Что они из себя представляют и почему за ними будущее

Батареи смартфонов довольно технологичны в наши дни. Но есть одна вещь, которую потребители никак не могут получить — увеличение времени автономной работы батареи.

Разве не было бы замечательно, если бы наши телефоны работали в течение двух или трех полных дней интенсивного использования с одной зарядкой? С графеновыми аккумуляторами это может быть осуществимо.

Графеновые аккумуляторы пока не применяются в смартфонах и других гаджетах, но технология развивается семимильными шагами. В будущем графен может стать материалом, который заменит литий, от которого индустрия электроники столь зависима.

Несмотря на то, что мы все еще далеки от коммерциализации графеновых технологий, в том числе аккумуляторов, все же стоит знать чем эта технология может помочь в будущем.

В данной статье вы сможете найти почти все, что связано с графеновыми аккумуляторами.

Графеновый аккумулятор – что это?

Прежде чем углубиться в тему графеновых аккумуляторов, стоит быстро вспомнить, что такое графен и как он работает.

Вкратце, графен представляет собой совокупность атомов углерода, тесно связанных в гексагональную или сотовую структуру. Что делает графен таким уникальным, так это то, что данная структура имеет толщину всего в один атомный слой, что делает графеновый слой двумерным.

Эта двумерная структура обладает очень интересными свойствами, включая превосходную электро и теплопроводность, высокую гибкость, прочность и малый вес. Что нас особенно интересует, так это проводимость электричества и тепла, которая на самом деле превосходит медь — самый проводящий металлический элемент.

Суперконденсаторы обеспечивают работу аккумуляторов, которые дольше служат и заряжаются практически мгновенно

Когда дело доходит до аккумуляторов, возможности графена могут быть использованы разными способами. Идеальное использование графена в качестве батареи — это «суперконденсатор». Суперконденсаторы накапливают ток точно так же, как и обычная батарея, но могут невероятно быстро заряжаться и разряжаться.

Нерешенный проблема с графеном заключается в том, как экономически массово изготовить сверхтонкие листы для использования в батареях и других технологиях. Затраты на производство в настоящее время чрезмерно высоки, но исследования помогают сделать графеновые батареи более доступными.

Графен против лития

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

Графеновые аккумуляторы предлагает более высокую электропроводность, чем литий-ионные. Это в свою очередь позволяет быстрее заряжать элементы.

Это особенно полезно, например, для электромобилей или обратной зарядки. Высокая теплопроводность также означает, что батареи меньше нагреваются, продлевая срок службы даже в тесных корпусах.

Графеновые батареи также легче и тоньше, чем современные литий-ионные аккумуляторы. Иными словами производитель сможет поставить большие батареи при этом не испытывая нехватку места.

Литий-ионный аккумулятор накапливает до 180 Вт/ч энергии на килограмм, а графен — до 1000 Вт/ч на килограмм.

Наконец, графен безопаснее. Хотя литий-ионные аккумуляторы и сейчас безопасны, но мы можем вспомнить как минимум десяток крупных инцидентов, например с Galaxy Note 7.

Перегрев, перезарядка или деформация могут вызвать химический дисбаланс в литий-ионных батареях, что может привести к пожару. Графен в этом плане гораздо более стабилен, гибок и прочен, более устойчив к таким проблемам.

Литий-ионные аккумуляторы могут использовать графен для улучшения характеристик катодного проводника. Они известны как гибриды оксида графена и металла.

Гибридные батареи обеспечивают меньший вес, более быстрое время зарядки, большую емкость и длительный срок службы. Первые потребительские графеновые батареи, вероятно, будут гибридами.

Как графеновые аккумуляторы помогут смартфонам

Смартфоны которые в будущем получат графеновые аккумуляторы вполне смогут продемонстрировать преимущества изложенные выше.

Будущие смартфоны, работающие на графеновых батареях, продемонстрировали бы преимущества, изложенные выше.

Устройства будут заряжаться еще быстрее, время работы от батареи легко сможет составить больше двух или даже трех дней работы, бонус станет снижение веса, а также это позволит сделать смартфон тоньше.

Графен поможет увеличить емкость аккумуляторов до 60%, кроме того мы помним что графеновые батареи будут холоднее, что положительно скажется на сроке службы.

Кроме того, графеновые батареи позволят смартфонам заряжать другие устройства также быстро, как если бы мы заряжали гаджет с помощью обычного зарядного устройства.

Хотя технология еще не представлена в коммерческих устройствах и производители не торопятся ставить их в свои устройства, мы можем сделать вывод, что графеновые батареи требуют доработку, но в тоже время есть практически достоверная информация, что Huawei все же поставят графеновую батарею в Huawei P40.

Создана батарея на основе графена, заряжающаяся за 5 секунд

Инженеры и ученые из университета Чжэцзяна (Zhejiang University), Восточный Китай, разработали алюминиево-графеновую супербатарею, обладающую целым рядом столь выдающихся характеристик, что это вызывает весьма обоснованные сомнения. Согласно разработчикам, эта батарея способна полностью заряжаться всего за 5 секунд, а ее емкости достаточно для обеспечения работы смартфона в течение двух часов.

Батарея теряет менее 10 процентов от своей изначальной емкости после 250 тысяч циклов заряда-разрядки, она способна работать при температурах от -40 до 120 градусов Цельсия, она гибка и выдерживает без потери емкости до 10 циклов деформации и, к тому же, более безопасна с точки зрения возможности возгорания, чем обычные литий-ионные аккумуляторные батареи.

Такие фантастические характеристики являются следствием использования тонкой пленки графена в качестве материала положительного электрода и алюминиевой фольги в качестве отрицательного электрода. Главной «фишкой» данной аккумуляторной батареи является графеновый пленочный катод, изготовленный по технологии 3h4C (trihigh tricontinuous). Особенностью этой технологии является создание крошечных графеновых локальных структур (3H) и непрерывная токопроводящая матрица, обеспечивающая как электронную, так и ионную проводимость (3C). Сложная структура катода батареи обеспечивает ей значение плотности хранения энергии на уровне 120 мА*ч/грамм и сверхвысокие динамические характеристики, что позволяет ей заряжаться до 91.7 процентов всего за 1.1 секунды.

Если на основе новой технологии создать батарею для обычного смартфона, то такая батарея сможет прослужить не менее 70 лет даже с учетом того, что ее придется подзаряжать в среднем 10 раз в день.

Однако, некоторые эксперты, в частности Чжен Джиату (Чжен Джиэту), заместитель директора альянса China Electric Vehicle Charging Technology and Industry Alliance, предупреждают, что к приведенным здесь цифрам надо относиться с осторожностью.

«Результаты, о которых объявила исследовательская группа, являются результатами расчетов математических моделей, а не реальными данными, полученными в ходе испытаний опытных образцов. Ведь даже для проверки остаточной емкости батареи после 250 тысяч циклов, потребуется очень долгое время».

Тем не менее, сами исследователи признают, что им предстоит проделать еще массу работы, прежде чем технология алюминиево-графеновых супербатарей приблизится к уровню практического применения. Такие батареи значительно проигрывают литий-ионным батареям по электрической емкости и это является тем фактором, который будет сдерживать возможность их практического использования, несмотря на все остальные фантастические параметры.

Графеновые батареи: введение и новости рынка

Графен и батареи

Графен, лист атомов углерода, связанных вместе в структуре сотовой решетки, широко известен как «чудо-материал» из-за множества удивительных свойств, которые он имеет. Это мощный проводник электрической и тепловой энергии, чрезвычайно легкий, химически инертный и гибкий с большой площадью поверхности. Он также считается экологически чистым и устойчивым, с неограниченными возможностями для множества применений.

Преимущества графеновых батарей

В области батарей традиционные материалы электродов батарей (и перспективные) значительно улучшаются при добавлении графена. Графеновая батарея может быть легкой, прочной и подходящей для хранения энергии большой емкости, а также сокращать время зарядки. Это продлит срок службы батареи, что отрицательно связано с количеством углерода, нанесенного на материал или добавленного к электродам для достижения проводимости, а графен добавляет проводимость, не требуя количества углерода, которое используется в обычных батареях.

Графен может различными способами улучшить такие характеристики батареи, как плотность энергии и форма. Литий-ионные батареи (и другие типы аккумуляторных батарей) могут быть улучшены путем введения графена на анод батареи 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 полезно для улучшения качества батарей. Гибрид оксида ванадия (VO ² ) и графена, например, может использоваться на литий-ионных катодах и обеспечивать быструю зарядку и разрядку, а также большую долговечность цикла зарядки.В этом случае VO ² предлагает высокую энергоемкость, но низкую электропроводность, что можно решить, используя графен как своего рода структурную «основу», на которую можно прикрепить VO ² — создавая гибридный материал, который имеет повышенные емкость и отличная проводимость.

Другой пример — батареи LFP (литий-железо-фосфатные), которые представляют собой литий-ионные аккумуляторные батареи. У него более низкая плотность энергии, чем у других литий-ионных аккумуляторов, но более высокая плотность мощности (показатель скорости, с которой батарея может поставлять энергию).Усовершенствование катодов LFP графеном позволило батареям стать легкими, заряжаться намного быстрее, чем литий-ионные батареи, и иметь большую емкость, чем обычные батареи LFP.

В дополнение к революционным изменениям на рынке аккумуляторов совместное использование графеновых аккумуляторов и графеновых суперконденсаторов может дать потрясающие результаты, такие как отмеченная концепция увеличения дальности хода и эффективности электромобиля. Хотя графеновые батареи еще не получили широкого распространения, о прорыве в области батарей сообщают по всему миру.

Основные сведения об аккумуляторах

Аккумуляторы служат мобильным источником энергии, позволяя устройствам с электроприводом работать без прямого подключения к розетке. Несмотря на то, что существует много типов батарей, основная концепция их функционирования остается аналогичной: один или несколько электрохимических элементов преобразуют накопленную химическую энергию в электрическую. Батарея обычно состоит из металлического или пластикового корпуса, содержащего положительную клемму (анод), отрицательную клемму (катод) и электролиты, которые позволяют ионам перемещаться между ними.Сепаратор (проницаемая полимерная мембрана) создает барьер между анодом и катодом для предотвращения электрических коротких замыканий, а также позволяет транспортировать ионные носители заряда, которые необходимы для замыкания цепи во время прохождения тока. Наконец, используется коллектор для проведения заряда вне батареи через подключенное устройство.

Когда цепь между двумя клеммами замыкается, батарея вырабатывает электричество в результате серии реакций.На аноде протекает реакция окисления, в которой два или более иона электролита объединяются с анодом с образованием соединения, высвобождая электроны. В то же время на катоде происходит реакция восстановления, в которой катодное вещество, ионы и свободные электроны объединяются в соединения. Проще говоря, анодная реакция производит электроны, в то время как реакция на катоде поглощает их, и в результате этого процесса вырабатывается электричество. Батарея будет продолжать вырабатывать электричество до тех пор, пока на электродах не закончится вещество, необходимое для создания реакций.

Типы и характеристики батарей

Батареи делятся на два основных типа: первичные и вторичные. Первичные батареи (одноразовые) используются один раз и приходят в негодность, поскольку материалы электродов в них необратимо меняются во время зарядки. Распространенными примерами являются угольно-цинковые батареи, а также щелочные батареи, используемые в игрушках, фонариках и множестве портативных устройств. Вторичные батареи (перезаряжаемые) можно разряжать и перезаряжать несколько раз, поскольку исходный состав электродов может восстановить работоспособность.Примеры включают свинцово-кислотные батареи, используемые в транспортных средствах, и литий-ионные батареи, используемые для портативной электроники.

Батареи бывают разных форм и размеров для множества различных целей. У разных типов батарей есть разные преимущества и недостатки. Никель-кадмиевые (NiCd) батареи имеют относительно низкую удельную энергию и используются там, где важны долгий срок службы, высокая скорость разряда и экономичная цена. Их можно найти, среди прочего, в видеокамерах и электроинструментах. Никель-кадмиевые батареи содержат токсичные металлы и вредны для окружающей среды.Никель-металлогидридные батареи имеют более высокую плотность энергии, чем никель-кадмиевые, но также более короткий срок службы. Приложения включают мобильные телефоны и ноутбуки. Свинцово-кислотные батареи тяжелые и играют важную роль в приложениях с большой мощностью, где не важен вес, а экономическая цена. Они широко используются в больничном оборудовании и аварийном освещении.

Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы используются там, где важны высокая энергия и минимальный вес, но технология хрупкая, и для обеспечения безопасности требуется схема защиты.Приложения включают сотовые телефоны и различные типы компьютеров. Литий-ионно-полимерные (литий-ионные полимерные) аккумуляторы в основном используются в мобильных телефонах. Они легкие и имеют более тонкую форму, чем литий-ионные батареи. Кроме того, они обычно более безопасны и живут дольше. Однако они кажутся менее распространенными, поскольку литий-ионные батареи дешевле в производстве и имеют более высокую плотность энергии.

Батареи и суперконденсаторы

Хотя есть определенные типы батарей, которые способны накапливать большое количество энергии, они очень большие, тяжелые и медленно выделяют энергию.Конденсаторы, с другой стороны, могут быстро заряжаться и разряжаться, но содержат гораздо меньше энергии, чем аккумулятор. Однако использование графена в этой области открывает новые захватывающие возможности для хранения энергии с высокими скоростями заряда и разряда и даже с экономической доступностью. Таким образом, улучшенные характеристики графена стирают традиционную грань между суперконденсаторами и батареями.

Графеновые батареи сочетают в себе преимущества как аккумуляторов, так и суперконденсаторов

Аккумуляторы с графеновым улучшением переходят к коммерциализации

Графеновые аккумуляторы обладают захватывающим потенциалом, и, хотя они еще не полностью коммерчески доступны, исследования и разработки являются интенсивными и, мы надеемся, принесут результаты в будущем.

В декабре 2018 года индийская компания Log 9 Materials объявила, что работает над металл-воздушными батареями на основе графена, которые теоретически могут даже привести к созданию электромобилей, работающих на воде. Металлические воздушные батареи используют металл в качестве анода, воздух (кислород) в качестве катода и воду в качестве электролита. Графеновый стержень используется в воздушном катоде батарей. Поскольку в качестве катода необходимо использовать кислород, материал катода должен быть пористым, чтобы пропускать воздух, а графен в этом свойстве отличается. Согласно журналу 9 Materials, графен, используемый в электроде, может повысить эффективность батареи в пять раз при стоимости одной трети.

В ноябре 2017 года компания Samsung разработала уникальный «графеновый шар», благодаря которому литий-ионные батареи могут работать дольше и быстрее заряжаться. Фактически, Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) заявил, что использование нового материала графенового шара для изготовления батарей увеличит их емкость на 45% и ускорит их зарядку в пять раз. Также было сказано, что батарея Samsung, в которой будет использоваться этот материал графенового шара, сможет поддерживать температуру 60 градусов по Цельсию, необходимую для использования в электромобилях.

В ноябре 2016 года Huawei представила новую литий-ионную батарею с улучшенным графеном, которая может оставаться работоспособной при более высоких температурах (60 ° градусов по сравнению с существующим пределом 50 °) и предлагает более длительное время работы — вдвое больше, чем можно было бы достичь. с предыдущими батареями. Чтобы добиться этого прорыва, Huawei внедрила несколько новых технологий, в том числе антиразлагающие добавки в электролит, химически стабилизированные монокристаллические катоды и графен для облегчения отвода тепла .Huawei заявляет, что графен снижает рабочую температуру аккумулятора на 5 градусов.

В июне 2014 года американская компания Vorbeck Materials анонсировала ремешок Vor-Power — легкий гибкий источник питания, который можно прикрепить к любой существующей сумке, чтобы включить мобильную зарядную станцию ​​(через 2 порта USB и один порт micro USB). продукт весит 450 граммов, обеспечивает 7200 мАч и, вероятно, является первым в мире аккумулятором с усиленным графеном.

В мае 2014 года американская компания Angstron Materials представила несколько новых продуктов из графена.Продукты, которые, как сообщается, станут доступны примерно в конце 2014 года, включают линейку анодных материалов с улучшенным графеном для литий-ионных аккумуляторов. Материал батареи был назван «NANO GCA» и должен привести к созданию анода большой емкости, способного выдерживать сотни циклов заряда / разряда за счет объединения кремния высокой емкости с механически упрочняющим и проводящим графеном.

Разработки также сделаны в области графеновых батарей для электромобилей.Хенрик Фискер, объявивший о своем новом проекте электромобиля, который будет оснащен батареей с усиленным графеном, представил в ноябре 2016 года то, что, как ожидается, станет конкурентом Tesla. Однако позже было объявлено, что батарея Fisker не полагается на графен.

В августе 2014 года Tesla предложила разработать «новую аккумуляторную технологию», которая почти вдвое увеличит емкость их электромобиля Model S. Неофициально, но разумно предполагать участие графена в этой батарее.

Многие другие компании также работают над внедрением графена в различные типы батарей. Для получения дополнительной информации мы рекомендуем прочитать наш Отчет о рынке графеновых батарей.

Дополнительная литература

Графен в батареях и суперконденсаторах: мировой рынок

Дублин, 18 февраля 2020 г. (ГЛОБАЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ) — В предложение ResearchAndMarkets.com на сайте ResearchAndMarkets.com был добавлен отчет «Мировой рынок графена в батареях и суперконденсаторах».

Охват отчета

• Табличные данные о текущих продуктах из графена.
• Оценка графена на рынках батарей и суперконденсаторов, включая приложения, ключевые преимущества, рыночные мегатенденции, движущие силы рынка графена, недостатки технологий, конкурирующие материалы, потенциальное потребление графена до 2030 года и основных игроков.
• Углубленная оценка цен производителей и дистрибьюторов графена в 2020 году.
• Мировой рынок графена в тоннах с разбивкой по секторам, исторические данные и прогноз до 2030 года. Размер глобального рынка графена разделен по рынкам в 2019 году и для каждого приложения до 2030 года.
• Полный список технологического сотрудничества, стратегического партнерства и слияний и поглощений на рынке графена.
• Подробные профили производителей и разработчиков графеновых батарей и суперконденсаторов.

В связи с постоянно растущим глобальным спросом на энергию, в сочетании с усилиями по сокращению использования ископаемого топлива и устранению загрязнения воздуха, сейчас важно обеспечить эффективные, рентабельные и экологически безопасные устройства хранения энергии.Растущий рынок интеллектуальных сетевых сетей, электромобилей (EV), электромобилей с автономным управлением и интерфейсом человека-водителя (HDI) и подключаемых гибридных электромобилей (PHEV) также стимулирует рынок для повышения плотности энергии аккумуляторных батарей и суперконденсаторов.

Технологии перезаряжаемых аккумуляторов (например, литий-ионные, Li-S, Na-ионные, Li-O2 батареи) и суперконденсаторы являются одними из самых многообещающих систем хранения и питания с точки зрения их широкого применения и огромного потенциала благодаря их высокая плотность энергии и мощности.LIB в настоящее время являются доминирующими мобильными источниками питания для портативных электронных устройств, используемых в сотовых телефонах и ноутбуках.

Несмотря на то, что были достигнуты большие успехи, каждый тип батареи все еще имеет проблемы, которые серьезно затрудняют практическое применение, например, в коммерческих электромобилях и PHEV. Производительность этих устройств неразрывно связана со свойствами материалов, из которых они изготовлены.

В связи с тем, что возобновляемые источники энергии вызывают наибольший интерес в научном сообществе, технологии для хранения большого количества электрического заряда и энергии пользуются большим спросом.Электромобили и технология литиевых батарей (LIB) станут все более крупным рынком — с оценкой CAGR более 20% до 2025 года.

Графен позволяет батареям и суперконденсаторам со многими новыми функциями, которых сегодня нет. технология. Благодаря таким внутренним свойствам, как большая площадь поверхности и высокая проводимость, графен является отличным кандидатом для улучшения характеристик проводящих материалов в устройствах хранения / преобразования энергии (например, литий-ионных аккумуляторах, суперконденсаторах, топливных элементах и ​​солнечных элементах).

Использование графена может обеспечить более быструю зарядку без ускорения деградации батареи, продлевая срок ее службы. Это также может снизить потребность в сложных и дорогостоящих системах управления теплом, необходимых для высоких скоростей заряда и разряда аккумуляторов. Графеновые суперконденсаторы могут служить заменой литий-ионных батарей или использоваться в качестве их дополнения. Они потенциально могут удерживать ту же энергию, что и литий-ионный аккумулятор, и могут заряжаться за очень короткое время.

Ключевые темы охвачены

1.Краткое содержание

• Почему графен?
• Исключительная недвижимость
• Коммерческие возможности
• Ключ к сотрудничеству?
• Рынок в 2019 г.
• Перспективы глобального рынка в будущем
• Производители графена и производственные мощности
• Мировой спрос на графен, 2018-2030 гг., Тонны
• Рынок графена по регионам
• Азиатско-Тихоокеанский регион
• Северная Америка
• Европа
• Продукты Graphene
• Graphene Investments
• Промышленное сотрудничество и лицензионные соглашения
• Проблемы рынка графена

2.Обзор графена

• История
• Типы графена
• Свойства
• Квантовые точки графена
• Синтез
• Приложения
• Оптоэлектроника, электроника и фотоника
• Энергия
• Биомедицина и здравоохранение
• Другое
• Цены Производители

3. Производство графена

• Качество
• Оценка методов производства графена

4.Цены на графен

• Цены на нетронутые графеновые хлопья / CVD Графен
• Цены на многослойный графен
• Цены на нанопластинки графена
• Цены на оксид графена (GO) и восстановленный оксид графена (GO)
Цена на многослойный графен (RGO) Цена на многослойный графен (MLG) Цены
• Графеновые чернила

5. Графен в батареях

• Обзор рынка
• Перспективы рынка
• Оценка рынка
• Карта приложений
• Мировой рынок в тоннах, история и прогноз до 2030 года
• Продукт Разработчики

6.Графен в суперконденсаторах

• Обзор рынка
• Перспективы рынка
• Оценка рынка
• Карта приложений
• Мировой рынок в тоннах, история и прогноз до 2030 года
• Разработчики продукта

7. Производители графена и разработчики продуктов в аккумуляторах и суперконденсаторы

Для получения дополнительной информации об этом отчете посетите https: // www.researchchandmarkets.com/r/ef8sbn

Research and Markets также предлагает услуги Custom Research, обеспечивающие целенаправленное, всестороннее и индивидуальное исследование.

 рынок графеновых батарей к 2027 году достигнет 398,6 миллиона долларов | CAGR 31,2% 
 БАНГАЛОР, Индия, 9 ноября 2020 г. / PRNewswire / — Новый отчет об исследовании рынка графеновых батарей, опубликованный в , оценивает отчеты  в категории  Electronics & Electrical . Отчет содержит сегментацию по типу (офсетная печать, глубокая печать, цифровая печать, прочее), по применению (изображение, живопись, узор, прочее).Он также охватывает анализ глобальных возможностей и отраслевой прогноз до 2027 года.
 Мировой рынок графеновых батарей  Размер  был оценен в 48,8 миллиона долларов США в 2019 году и, по прогнозам, к 2027 году достигнет 398,6 миллиона долларов США, при этом среднегодовой темп роста составит 31,2% в течение прогнозируемого периода.
 Основными факторами, способствующими росту рынка графеновых батарей  размером , являются растущий спрос в бытовой электронике и автомобильной промышленности, постоянные исследования и разработки, а также такие функции, как быстрая зарядка, улучшенные циклы зарядки, характеристики при высоких температурах и увеличенное время выдержки заряда.
 Запросить образец копии отчета для анализа воздействия COVID-19 на рынок графеновых батарей:  https://reports.valuates.com/request/sample/ALLI-Auto-4N67/Graphene_Battery_Market 
  ТЕНДЕНЦИИ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РАЗМЕР РЫНКА ГРАФЕНОВЫХ АККУМУЛЯТОРОВ 
 Графен — эффективный проводник, чрезвычайно легкий и универсальный с большой площадью поверхности, что делает его идеальным материалом для хранения энергии большой емкости. Постоянно ведутся исследования и разработки для разработки новых и улучшенных продуктов, таких как суперконденсаторы на основе графена и литий-серные батареи.Ожидается, что эти непрерывные исследования и разработки, в свою очередь, будут способствовать росту рынка графеновых батарей.
 Мировой спрос на графеновые батареи обусловлен ростом количества электромобилей в автомобильном секторе и портативной электроники, такой как сотовые телефоны, ноутбуки, планшеты и портативные колонки. Таким образом, ожидается, что растущее применение графена в автомобильном секторе увеличит размер рынка графеновых батарей.
 Графен — отличная подложка для создания высокоэнергетических и плотных, легких, растягиваемых, быстро заряжаемых и долговечных аккумуляторов для закрепления анодных и катодных материалов литиевых аккумуляторов.Расчеты показывают, что графен может помочь в создании суперконденсаторов с плотностью энергии батарей, которые можно перезарядить за секунды благодаря своей невероятной квантовой емкости и отличным электрическим и механическим свойствам. Ожидается, что эти особенности, в свою очередь, увеличат размер рынка графеновых батарей.
 Более длительный срок хранения графеновых батарей также служит катализатором роста размеров рынка графеновых батарей. Однако высокие затраты на производство графеновых батарей и чрезмерно массовое производство графеновых батарей могут препятствовать росту рынка.
  Просмотреть подробности отчета перед покупкой 
  АНАЛИЗ РЫНКА АККУМУЛЯТОРОВ ГРАФЕНА 
 Ожидается, что в течение прогнозируемого периода наибольшая доля рынка графеновых батарей будет принадлежать Европе. Такое доминирование в европейском регионе объясняется присутствием в регионе крупных компаний-производителей графена.
 Азиатско-Тихоокеанский регион является вторым по величине источником доходов на рынке графеновых батарей, и ожидается, что в течение прогнозируемого периода ожидается значительный рост.Такой быстрый рост Азиатско-Тихоокеанского региона связан с ужесточением правил выбросов CO2 и растущим пониманием нетрадиционных энергетических ресурсов. Например, ускоряя производство электромобилей, правительство Японии нацелено на сокращение выбросов CO2 на 25 процентов к 2020 году и на 50 процентов к 2050 году. Рынок хранения энергии требует аккумуляторов на основе графена сверхбольшой емкости и быстрой зарядки и разрядки. способность достичь этого.
 Запрос регионального отчета:  https: // reports.valuates.com/request/regional/ALLI-Auto-4N67/Graphene_Battery_Market 
  Ключевые сегменты рынка 
  По типу батареи 
 Литий-ионные аккумуляторы
 Литий-серные батареи
 Суперконденсаторы
 Свинцово-кислотные батареи
L
  По заявке 
 Автомобильная промышленность
 Электроника
 Энергия
 Аэрокосмическая промышленность и оборона
 Промышленная робототехника
 Здравоохранение
  По регионам 
 Северная Америка
 Европа
 Остальная Европа
 Азиатско-Тихоокеанский регион
 Китай
 Индия
 Япония
 Австралийский
 Остальная часть Азиатско-Тихоокеанского региона
 LAMEA
 Латинская Америка
 Ближний Восток
 Африка
  Купить сейчас для одного пользователя + Covid-19 Влияние:   https: // reports.valuates.com/api/directpaytoken?rcode=ALLI-Auto-4N67&lic=single-user 
  Купить сейчас: лицензия Enterprise + Covid-19 Impact :  https://reports.valuates.com/api/directpaytoken?rcode=ALLI-Auto-4N67&lic=enterprise-user 
  ПОДПИСКА 
 Мы ввели индивидуальную подписку для наших клиентов. Пожалуйста, оставьте заметку в разделе комментариев, чтобы узнать о наших планах подписки.
  ПОДОБНЫЕ ОТЧЕТЫ: 
 Объем мирового рынка графена оценивается в 91 доллар США.3 миллиона долларов в 2019 году и, по прогнозам, к 2027 году достигнет 1369,1 миллиона долларов США, при этом среднегодовой темп роста с 2020 по 2027 год составит 40,2%.
  Рынок графена  по типу продукта (однослойный и двухслойный графен, многослойный графен, оксид графена и нанопластинки графена) и применению (композиты, накопление энергии, RFID, датчики, полимерные добавки и функциональные чернила) — Анализ глобальных возможностей и отраслевой прогноз, 2014-2021 гг.
 Запросить образец копии отчета для анализа воздействия COVID-19 на рынок графена:  https: // reports.valuates.com/request/sample/ALLI-Auto-1D44/Graphene_Market 
  Рынок литий-ионных аккумуляторов 
 Мировой рынок литий-ионных аккумуляторов  размером  был оценен в 36,7 млрд долларов США в 2019 году и, по прогнозам, достигнет 129,3 млрд долларов США к 2027 году при среднегодовом темпе роста 18,0% с 2020 по 202 год
 Ожидается, что спрос на литий-ионные аккумуляторы в автомобильной промышленности будет стимулировать рост рынка литий-ионных аккумуляторов. Эти батареи завоевали популярность среди производителей автомобилей, поскольку они предлагают альтернативу никель-металлическим батареям, используемым в электромобилях, из-за своего небольшого размера и веса.
 Запросить образец отчета для анализа воздействия COVID-19 на рынок литий-ионных батарей:  https://reports.valuates.com/request/sample/ALLI-Manu-3M8/lithium_ion_battery_market 
 Объем мирового рынка свинцово-кислотных аккумуляторов оценивался в 39,7 млрд долларов США в 2018 году и, по прогнозам, достигнет 59,7 млрд долларов США к 2026 году, при этом среднегодовой темп роста с 2019 по 2026 год составит 5,24%.
  Рынок свинцово-кислотных аккумуляторов  по продуктам (SLI, стационарные и движущиеся), методам строительства (затопленные и VRLA) и приложениям (автомобильная промышленность, ИБП, телекоммуникации и другие): анализ глобальных возможностей и отраслевой прогноз, 2019–2026
 Запросить образец копии отчета для анализа воздействия COVID-19 на рынок свинцово-кислотных аккумуляторов:  https: // reports.valuates.com/request/sample/ALLI-Manu-4H6/lead_acid_battery_market 
  Рынок литий-серных аккумуляторов 
 Ожидается, что мировой рынок литий-серных батарей   вырастет с 476,72 млн долларов США в 2019 году до 1 242,78 млн долларов США к концу 2025 года при среднегодовом темпе роста (CAGR) 17,31%.
 Запросить образец копии отчета для анализа воздействия COVID-19 на рынок литий-серных батарей:  https: //reports.valuates.ru / market-reports / 360I-Auto-2U262 / the-global-lithium-ser-battery 
 Мировой рынок суперконденсаторов  размером  был оценен в 3,27 миллиарда долларов США в 2019 году и, как ожидается, достигнет 16,95 миллиарда долларов США к 2027 году, при этом среднегодовой темп роста с 2020 по 2027 год составит 23,3%.
 Основными факторами, способствующими росту размера рынка суперконденсаторов, являются растущий спрос на приложения для сбора энергии, рост использования суперконденсаторов в поездах и самолетах, а также рост глобального спроса на электромобили.
 Запросить образец копии отчета для анализа воздействия COVID-19 на рынок суперконденсаторов:  https://reports.valuates.com/request/sample/ALLI-Manu-1O23/Supercapacitor_Market 
  Графеновый рынок электроники 
 Мировой рынок  графеновой электроники  прогнозируется, что к 2026 году его размер достигнет 1091,5 миллиона долларов США по сравнению с 351,1 миллиона долларов США в 2020 году при среднегодовом темпе роста 20,8% в течение 2021-2026 годов.
 Широкое распространение графена в электронике обусловлено его свойствами, такими как высокая теплопроводность и электрическая проводимость, а также превосходной функциональностью и производительностью.
 Этот отчет предлагает углубленный анализ глобального рынка графеновой электроники, который поможет заинтересованным сторонам принять стратегические бизнес-решения для поддержания и роста отрасли.
 Запросить образец отчета для анализа воздействия COVID-19 на рынок графеновой электроники:  https://reports.valuates.com/request/sample/QYRE-Auto-11X1375/Global_Graphene_Electronics_Market 
  Рынок оксида графена (GO) 
 Мировой рынок оксида графена  (GO) размер , по прогнозам, достигнет 56 миллионов долларов США к 2026 году по сравнению с 9 миллионами долларов США в 2020 году при среднегодовом темпе роста 36.5% в течение 2021-2026 гг.
 Запросить образец копии отчета для анализа воздействия COVID-19 на рынок оксида графена (GO):  https://reports.valuates.com/request/sample/QYRE-Othe-2F374/Graphene_Oxide_Sales_Market 
  Рынок графеновых нанокомпозитов 
 Мировой рынок графеновых нанокомпозитов  размер , по прогнозам, достигнет 610840 миллионов долларов США к 2026 году, с 280720 миллионов долларов США в 2020 году, при среднегодовом темпе роста 13,8% в течение 2021-2026 годов.
 Рынок графеновых нанокомпозитов по типу (оксид графена (GO), графеновые нанопластинки (GNP), графеновый полимер), применение (упаковка, медицина, строительство, электроника и электричество, автомобилестроение): анализ глобальных возможностей и отраслевой прогноз, 2019– 2026
 Запросить образец отчета для анализа воздействия COVID-19 на рынок графеновых нанокомпозитов:  https: // reports.valuates.com/request/sample/QYRE-Auto-18Z1565/Global_Graphene_Nanocomposites_Market 
  Рынок графеновых суперконденсаторов  Отчет об исследованиях 2020-2026 гг., Сегментированный по типу (суперконденсаторы на основе только графена, гибридные графеновые суперконденсаторы), по применению (автомобили, промышленное оборудование, бытовая техника, электроника и др.), А также по анализу региональных возможностей и отраслевому прогнозу
  Рынок графеновой нагревательной пленки  Размер, производители, цепочка поставок, канал продаж и клиенты, 2020-2026 гг., Сегментированные по типу (длина волны инфракрасного излучения — 6 мкм, длина волны инфракрасного излучения — 9 мкм, длина волны инфракрасного излучения — 12 мкм), по приложениям (домашняя страница, Коммерческий) и региональный анализ возможностей и отраслевой прогноз
  Чтобы увидеть полный список связанных отчетов по графеновой промышленности 
  О НАС: 
 Valuates предлагает углубленное изучение рынка в различных отраслях.Наш обширный репозиторий отчетов постоянно обновляется в соответствии с меняющимися потребностями отраслевого анализа.
 Наша команда рыночных аналитиков поможет вам выбрать лучший отчет, охватывающий вашу отрасль. Мы понимаем требования вашей ниши, специфичные для вашего региона, и поэтому предлагаем индивидуальную настройку отчетов. Благодаря нашей настройке вы можете запросить любую конкретную информацию из отчета, которая соответствует вашим потребностям в анализе рынка.
 Для достижения единообразного представления о рынке данные собираются из различных первичных и вторичных источников, на каждом этапе применяются методики триангуляции данных для уменьшения отклонений и поиска согласованного представления о рынке.Каждый образец, который мы предоставляем, содержит подробную методологию исследования, использованную для создания отчета. Пожалуйста, также свяжитесь с нашим отделом продаж, чтобы получить полный список наших источников данных
  СВЯЗАТЬСЯ С НАМИ: 
 Проверяет отчеты 
  [электронная почта защищена]  
 Для бесплатных звонков в США + 1- (315) -215-3225 
 Для звонков IST + 91-8040957137 
 WhatsApp: +91 9945648335
 Веб-сайт:  https://reports.valuates.com 
 Twitter —  https: // twitter.ru / valuatesreports 
 Linkedin —  https://in.linkedin.com/company/valuatesreports 
 Facebook —  https://www.facebook.com/valuatesreports 
 ИСТОЧНИК оценивает отчеты
 Исследование преимуществ графеновых батарей 
 Вы, наверное, слышали о некоторых распространенных типах батарей, таких как литий-ионные, которые помогают обеспечить будущее.
 Однако есть новый претендент на самое многообещающее аккумуляторное решение — графен.
  Графеновые батареи  используют материал своего тезки, в котором атомы углерода связываются вместе в виде сотовой решетки, образуя чрезвычайно прочный, но тонкий лист. Графен имеет длинный список полезных свойств — он очень хорошо проводит электрическую и тепловую энергию, легкий и гибкий, а также химически инертный.
 Это, в сочетании с тем фактом, что они экологичны, делает батареи, изготовленные из этого материала, привлекательным вариантом. На самом деле настолько привлекательным, что графеновый стартап  Nanotech Energy  закрыл раунд финансирования в начале этого года на уровне 27 долларов.5 миллионов.
 Итак, какие преимущества может принести широкое использование графеновых батарей?
  
 Структура графена
  Графен увеличивает площадь поверхности батареи 
 Поскольку этот материал настолько гибкий и имеет такую ​​большую площадь поверхности, его использование в качестве дополнения и поддержки анодов и катодов литий-ионных батарей позволяет улучшить общую площадь поверхности батареи.
 Это улучшение, которое возможно, поскольку графен может быть нанесен практически на любую подложку, приводит, помимо других преимуществ, к лучшей мощности и плотности энергии.
  Графен повышает проводимость без повышенных температур 
 Опять же, полезное свойство графена приводит к тому, что батарея сама проявляет это свойство.
 Поскольку графен является таким отличным проводником (без необходимости использования большого количества углерода в традиционных растворах или повышения температуры материала при передаче энергии), он приводит к более оптимизированной передаче энергии и производительности.
  Графен дает более долговечные и быстро заряжаемые батареи 
 Наконец, введение графена позволяет батареям прослужить больше циклов зарядки и заряжаться быстрее, что приводит к появлению эффективных и долговечных батарей, которые могут открыть новые возможности в мире технологических инноваций.
 Представьте себе электромобили, которые могут быстро заряжаться и дольше ездить — общая цель индустрии электромобилей — графен может помочь воплотить эту мечту в реальность.
  Узнать больше сегодня 
 Arbin Instruments стремится поддерживать индустрию аккумуляторов и решения, которые питают наш мир, и эта роль станет еще более важной, поскольку передовые решения, такие как графен, станут более коммерчески доступными.
 Чтобы узнать больше о роли Arbin в высокоточном тестировании аккумуляторов и многом другом,  свяжитесь с нами сегодня.
 Квазитвердотельные литий-кислородные батареи на основе графена с высокой энергоэффективностью и длительным сроком службы 
 Синтез и свойства графенового катода, GPE-TTF и анода графен / Li 
 На рисунке 1a схематически представлена ​​структура квазитвердотельная перезаряжаемая батарея на основе графена Li-O  2 , состоящая из пористого графенового катода, GPE, содержащего 0,05 M TTF (GPE-TTF), и анода из пористого металлического сплава графен / Li. Как показано на рис.1b, гибкий и отдельно стоящий трехмерный пористый графеновый катод имеет отчетливую биконтинуальную пористую архитектуру, построенную из многослойных листов графена без швов и связанных между собой каналов с открытыми порами (дополнительный рисунок 1a). Высокая электропроводность (~ 1,2 × 10  4  См / м), большая удельная поверхность (700–1000 м  2  / г) и сверхвысокая пористость (> 95%), подтвержденные нашими предыдущими исследованиями  16, 21,22,30 , делают этот трехмерный нанопористый графен очень многообещающим катодным материалом для батарей Li-O  2 .
  Рис. 1. Конфигурация и компоненты квазитвердотельного перезаряжаемого Li-O  2  аккумулятора. 
  a  Схематическое изображение квазитвердотельного перезаряжаемого Li-O  2  аккумулятора. СЭМ-изображения пористого графенового катода ( b ) и пористого графенового анода ( c ). На вставках представлены фотоизображения.  d  Оптическая фотография GPE-TTF.  e ,  f  СЭМ-изображения GPE-TTF с разным увеличением
 Пористый анод графен / Li получают путем помещения пористого графенового листа в расплав Li.В результате литофильной природы графена и капиллярных сил, порождаемых пористостью, расплавленный Li проникает во весь бинепрерывный каркас за несколько секунд и равномерно покрывает внутренние поверхности трубчатых листов графена (рис. 1c). Композит графен / Li наследует трехмерную пористую структуру нанопористой графеновой матрицы. XRD подтверждает успешную загрузку металлического Li в композит (дополнительный рисунок 1b). Чтобы оценить поведение пористого графенового / литиевого электрода при снятии / осаждении лития, симметричные ячейки собираются и испытываются с фиксированной емкостью 1 мАч / см  2  при плотности тока 0.5 мА / см  2  (дополнительный рисунок 2а). Примечательно, что элемент демонстрирует стабильные профили напряжения с очень медленным увеличением гистерезиса напряжения в течение 150 циклов, что, очевидно, контрастирует с электродом из чистого металлического Li, у которого гистерезис напряжения почти в 10 раз больше после 50 циклов. Кроме того, кулоновский КПД (КЭ) (отношение емкостей по удалению / осаждению лития) пористой ячейки на основе графена может быть быстро стабилизирован с 60,2% в первые несколько циклов до значения выше 95% после 10 циклов и остается стабильным в течение 100 циклов.Напротив, CE элемента на основе медной фольги довольно разбросан и быстро снижается (дополнительный рисунок 2b). Эти результаты показывают превосходную обратимость пористого электрода графен / Li. Превосходное свойство 3D-пористого электрода графен / Li можно объяснить его большой эффективной площадью поверхности, которая увеличивает границу контакта Li / электролита, снижает эффективную плотность тока и снижает сопротивление переносу заряда (дополнительный рисунок 2c). Примечательно, что пористый композит графен / Li также может подавлять образование дендритов Li.Как показано на дополнительном рисунке 2d, e, плоский металлический Li полностью покрыт волокнистыми дендритами Li после циклирования, тогда как композит графен / Li сохраняет исходную пористую структуру с гладкой и бездендритной поверхностью.
 Ультратонкий квазитвердый электролит GPE-TTF изготавливается путем интеграции полукристаллического поливинилиденфторида и гексафторпропилена (PVDF-HFP), наноразмерного коллоидного SiO  2  и 1 M LiClO  4  / Раствор ДМСО с добавкой 50 мМ TTF (см. Экспериментальный раздел).Как показано на рис. 1d – f, прозрачная пленка GPE-TTF компактна и имеет толщину ~ 10 мкм. Поверхность GPE-TTF гладкая, без явного наличия крупных пор. Хотя TTF был первоначально добавлен в качестве окислительно-восстановительного медиатора, чтобы способствовать реакции зарядки аккумулятора Li-O  2 , было обнаружено, что он также усиливает аморфизацию GPE, как показал XRD (дополнительный рисунок 3 и рисунок 4a), что является ожидается повышение ионной проводимости твердотельного электролита  31 .Действительно, измерения спектроскопии электрохимического импеданса (EIS) показывают, что сопротивление диффузии ионов Li  +  составляет 5,1 Ом для GPE-TTF, что ниже, чем 8,4 Ом для GPE и 75,4 Ом для обычного стекловолоконного сепаратора, смачиваемого жидким электролитом (стекловолокно -LE) (дополнительный рисунок 4b). Термогравитационный анализ показывает, что GPE-TTF демонстрирует повышенную температуру улетучивания растворителя DMSO (дополнительный рисунок 4c), демонстрируя, что GPE-TTF может сдерживать улетучивание электролита и имеет более высокую термическую стабильность, чем стекловолокно-LE.GPE-TTF также демонстрирует повышенную электрохимическую стабильность, оставаясь практически стабильным при потенциалах ниже 4,75 В (дополнительный рисунок 4d и рисунок 5). Более того, компактный GPE-TTF может служить защитным слоем для металлического литиевого анода, чтобы уменьшить вызванную воздухом пассивацию лития (дополнительный рисунок 6a, b). Даже после 50 циклов литиевая фольга батареи Li-O  2  на основе GPE-TTF остается стабильной с металлическим блеском, в то время как циклическая литиевая фольга в батарее Li-O  2  с использованием стекловолокна-LE теряет свою прочность. металлический блеск и частично превращается в пыль (дополнительный рисунок 6c).Ингибирование саморазряда TTF с помощью GPE-TTF может быть продемонстрировано с помощью тестов на проницаемость (дополнительный рисунок 7a, c) и электрохимической демонстрации (дополнительный рисунок 7b, d), демонстрирующих выдающиеся характеристики GPE-TTF в ограничении челночного движения. ТТФ на анодные стороны в аккумуляторах Li-O  2 . Все упомянутые выше преимущества указывают на высокую практическую ценность GPE-TTF.
 Оценка электрохимических характеристик в монетных элементах 
 Используя преимущества пористого графенового катода, анода графен / Li и GPE-TTF, квазитвердотельный Li-O  2  конструируется с конфигурацией изображенный на рис.1а. Как показано на рис. 2a – c, испытания гальваностатического разряда-заряда проводятся при отключающей способности 500, 1000 и 2000 мАч / г и плотности тока 1000 мА / г, что демонстрирует высокую стабильность квазитвердого состояния. Li-O  2  аккумулятор до 100 циклов (дополнительный рисунок 8a). Потенциал разряда составляет ~ 2,75 В, а потенциал заряда всего ~ 3,60 В, что соответствует высокой энергоэффективности 76%. Более того, с увеличением отключающей способности с 500 до 2000 мАч / г клеммы напряжения как разряда, так и заряда остаются почти неизменными (дополнительный рисунок 8a).Для сравнения также проверяется работоспособность батареи Li-O  2  на основе чистого GPE. Как показано на дополнительном рисунке 8b, c, ячейка с GPE демонстрирует постоянно более высокое перенапряжение заряда (~ 1,65 В), чем ячейка на основе GPE-TTF в каждом цикле разрядки / зарядки, что указывает на эффективность введения TTF в снижение перенапряжения заряда. Производительность по скорости показывает, что квазитвердотельная батарея Li-O  2  демонстрирует стабильные плато напряжения разряда-заряда и умеренную поляризацию для плотностей тока от 100 до 1000 мА / г (рис.2г). Исключительная скоростная способность ячейки может быть объяснена высокой проводимостью и большой площадью поверхности пористого графенового катода и анода графен / Li, а также высокой ионной проводимостью ультратонкого GPE-TTF. В качестве контрольного эксперимента квазитвердотельные батареи Li-O  2  с GPE-TTF толщиной 115 мкм, испытанные в идентичных условиях, демонстрируют очевидное снижение плато разрядно-зарядного напряжения (дополнительный рисунок 8d), демонстрируя критическую роль Толщина пленки GPE-TTF в нормированном исполнении.Чтобы исследовать влияние количества заряженного лития на циклические характеристики аккумуляторов Li-O  2 , мы приготовили анод графен / литий с более высоким содержанием лития (82,5 мас.%, Дополнительный рисунок 9b, c) путем продления время контакта листа графена с расплавленным литием от 20 до 40 с. Даже несмотря на то, что более высокая загрузка Li обеспечит более высокую плотность упаковки для электрода графен / Li, электрохимические испытания показывают, что увеличение доли Li с 44,4 мас.% до 82,5 мас.% не оказывает значительного влияния на циклическую производительность квазитвердотельных Li-O  2  батарей (дополнительный рисунок 9d), что позволяет предположить, что анод графен / литий в этом квазитвердотельном Li-O  2  батарея не является определяющим фактором для циклической производительности.
  Рис. 2: Электрохимические характеристики квазитвердотельных батарей Li-O  2 . 
 Кривые гальваностатического разряда-заряда квазитвердотельных перезаряжаемых Li-O  2 плоских батарей  с ограничивающей емкостью ( a ) 500 мАч / г, ( b ) 1000 мАч / г и ( c ) 2000 мАч / г при плотности тока 1000 мА / г. d  Скоростная способность квазитвердотельных перезаряжаемых Li-O  2  монетных батарей
 Продукты разряда на пористом графеновом катоде квазитвердотельных Li-O  2  батарей были охарактеризованы методом XRD и SEM. Как показано на фиг. 3a, b, характерные дифракционные пики, соответствующие кристаллическому гексагональному Li  2  O  2 , детектируются с разряженного катода с отсечной емкостью 5000 мАч / г; эти пики исчезают после последующей перезарядки, что означает образование и полное разложение Li  2  O  2 .СЭМ показывает образование частиц Li  2  O  2  диаметром 300–500 нм, равномерно распределенных на поверхности и внутренних порах пористого графенового катода (рис. 3c). С помощью TTF частицы Li  2  O  2  могут быть полностью разложены при низком перенапряжении заряда, о чем свидетельствует чистая поверхность повторно заряженного пористого графенового катода (рис. 3d). Все эти результаты подтверждают, что реакции в квазитвердотельной батарее Li-O  2  следуют типичной электрохимии Li-O  2  2Li + O  2  ⇌ Li  2  O  2  и позволяют сильно обратимое образование и разложение Li  2  O  2 .Для анодов графен / Li хорошо сохраняется трехмерная пористая структура и однородное покрытие Li, за исключением того, что поверхность становится слегка шероховатой (дополнительный рисунок 10a). Дендриты Li не наблюдаются, что указывает на формирование прочных и однородных межфазных пленок твердого электролита (SEI) на поверхностях Li. XPS показывает, что слой SEI в основном состоит из продуктов разложения ДМСО и PVDF-HFP, включая Li  2  SO  4 , Li  2  S, Li  2  O, LiF и некоторые органические соединения Li ( Дополнительный рисунок 10b – f).
  Рис. 3: Характеристики продуктов разряда квазитвердотельной перезаряжаемой Li-O  2  батареи. 
  a  Профили гальваностатического разряда-заряда квазитвердотельных перезаряжаемых Li-O  2 монетных батарей  с предельной емкостью 5000 мАч / г при плотности тока 1000 мА / г.  b  Рентгенограммы первичных, разряженных и повторно заряженных пористых графеновых катодов. СЭМ-изображения ( c ) разряженного и ( d ) перезаряженного пористого графенового катода.На вставках показаны поперечные сечения SEM-изображения.
 Квазитвердотельный Li-O на основе графена 
 2 мешочные батареи 
 Изучение возможностей квазитвердотельных Li-O на основе графена  2  батарей для практического использования В приложениях мы увеличили размер батарейки типа «таблетка» до большой карманной ячейки размером 26 мм × 38 мм × 1,2 мм. Как схематически показано на рис. 4а, квазитвердотельный пакетный элемент из Li-O  2  собирается путем ламинирования одного куска пористого листа графена / лития в качестве анода, двух кусков GPE-TTF в качестве электролита и разделителей. и два куска пористых графеновых листов в качестве катодов, которые затем герметизируются внутри ламинированной алюминиевой пленкой с точечными отверстиями с обеих сторон.Рис. 4b представляет собой фотографию прототипа карманного элемента. Ячейка является механически гибкой, и ее можно прокручивать без ухудшения характеристик батареи (дополнительный рисунок 11a). Квазитвердотельный пакетный элемент Li-O  2  был достигнут с отличными скоростными характеристиками. Как показано на рис. 4c, с увеличением плотности тока от 100 до 2000 мА / г плато напряжения заряда демонстрирует хорошую воспроизводимость, а плато напряжения разряда слегка и незначительно уменьшается.Циклические испытания пакетного элемента Li-O  2  демонстрируют высокую долговечность со стабильным циклом до 100 циклов при предельной емкости 1000 мАч / г и плотности тока 1000 мА / г (рис. 4d). По-видимому, отличные характеристики, достигнутые с помощью плоских элементов, могут быть полностью воспроизведены с помощью карманных аккумуляторов большого размера. Важно отметить, что полная разрядная емкость до 33230 мАч / г, катод   может быть доставлен, когда пористый графен толщиной 70 мкм используется в качестве катода карманной ячейки (дополнительный рисунок 11b, таблицы 1 и 2).Гравиметрическая плотность энергии и объемная плотность энергии ячейки пакета достигают 408,48 Втч / кг  элемента  и 174,83 Втч / л  элемента , соответственно, которые рассчитываются на основе общей массы и объема устройства (дополнительная таблица 2). Эти значения намного превышают показатели наших недавно опубликованных Li-O  2  батарей на основе жидкого электролита (260,30 Втч / кг,  элемент , 110,81 Втч / л  элемент )  16 . Если ячейка мешочного типа позволяет отказаться от использования ламинированной алюминиевой пленки (на которую приходится большая часть веса и объема ячейки), то плотности энергии могут достигать 727.84 Втч / кг Элемент  без корпуса  и 1285,05 Втч / л Элемент  без корпуса  (дополнительная таблица 2). Эти показатели, которые не учитывают упаковки, имеют практическое значение, поскольку для этого случая не потребуется такой же боковой размер, как у основных компонентов ячейки для крупномасштабной интеграции гибких квазитвердотельных элементов Li-O  2 . Предварительный прототип такой ячейки показан на рис. 4д. Ячеистые ламинаты были свернуты в форму стержня, что позволило сэкономить большой объем упаковочных материалов.На рисунке 4f сравниваются плотности энергии квазитвердотельного Li-O  2  на основе графена и коммерческой литий-ионной полимерной батареи, подчеркивая преимущество гравиметрической плотности энергии нашего квазитвердотельного Li -O  2 аккумулятора  в чехле. Кроме того, объемная плотность энергии, рассчитанная без упаковочных фиксирующих материалов, намного превышает значение для коммерческих литий-ионных полимерных аккумуляторов, демонстрируя привлекательный дизайн для повышения объемной плотности энергии аккумуляторов Li-O  2 .
  Рис. 4: Структура и электрохимические свойства ячеек мешочка. 
  a  Схематическое изображение квазитвердотельного перезаряжаемого Li-O  2  аккумуляторного элемента.  b  Фотография квазитвердотельного перезаряжаемого Li-O  2  аккумуляторного элемента.  c  Оцените производительность квазитвердотельного перезаряжаемого Li-O  2  аккумуляторного элемента.  d  Кривые гальваностатического разряда-заряда квазитвердотельного перезаряжаемого Li-O  2  пакетного элемента с предельной емкостью 1000 мАч / г при плотности тока 1000 мА / г. e  Прототип квазитвердотельного Li-O  2  ячейка-пакет без ламинированного алюминием корпуса в плоской и свернутой формах.  f  Сравнение плотности энергии с коммерческим литий-ионным полимерным аккумулятором iPhone 6 на основе кривой полного разряда (Рисунок S11, вспомогательная информация)  16 
 Могут ли графеновые батареи изменить лицо добычи графита? 
 Рынок литий-ионных (литий-ионных) устройств будет стремительно расти, поскольку правительства, компании и частные лица обращаются к батареям для хранения энергии для возобновляемых источников энергии и электромобилей.К 2040 году прогнозируется, что в мире будет 530 миллионов электромобилей. Компании уже наращивают производство аккумуляторных технологий, и в первую очередь это такие компании, как Tesla и ее Gigafactory. По данным Bloomberg New Energy Finance, к 2021 году будет произведено литий-ионных аккумуляторов для электромобилей на 270 ГВтч по сравнению с 90 ГВтч сегодня.
 Многое было сделано из минералов батарей, в частности лития и кобальта. Но графит, один из трех природных углеродов на Земле, часто упускается из виду.
 В литий-ионной батарее графита в 40 раз больше, чем в литии. Это один из ключевых факторов роста спроса на минерал, который должен вырасти на целых 200% к 2020 году. Этот спрос спровоцировал 25% -ное повышение цены на графит в период с декабря 2016 года по декабрь 2017 года.
 Другой драйвер — графен, недавно разработанный «суперминерал», который может значительно улучшить технологии производства батарей.Ранее в этом году Samsung объявила о планах включить ион графена в свои аккумуляторные батареи для телефонов, чтобы помочь им заряжаться быстрее и дольше сохранять заряд.
 Если графен проливает свет на графит, что он будет означать для спроса? 
 Графен: новый ребенок на блоке 
 Ученые из Манчестерского университета начали разработку графена в 2004 году. Это двухмерный атомный слой графита, обычно создаваемый путем механического расслоения. В 2010 году ученые из университета получили Нобелевскую премию за открытие.
 «Графен — это революционный продукт, который может ускорить подключение к Интернету, фильтровать соленую воду и сделать экраны телефонов небьющимися, и он, несомненно, является ярким примером новаторской способности британских компаний изменить ландшафт производства в глобальном масштабе», — сказал Грэм Стюарт, министр по инвестициям Министерства международной торговли Великобритании.
 На сегодняшний день графен является самым прочным из когда-либо обнаруженных минералов, его прочность в 40 раз превышает прочность алмаза. Он более эффективен как проводник тепла и электричества, чем графит.
 За последние восемь лет было исследовано все больше потенциальных применений графена, включая его использование в суперконденсаторах и в качестве мембран для фильтрации.
 Тематические отчеты 
 Беспокоитесь ли вы о темпах инноваций в вашей отрасли? 
 Отчет
 GlobalData по темам TMT за 2021 год расскажет вам все, что вам нужно знать о темах революционных технологий и о том, какие компании лучше всего могут помочь вам в цифровой трансформации вашего бизнеса.
 Узнать больше
 Графен способен передавать электричество в 140 раз быстрее, чем литий, и в то же время в 100 раз легче алюминия. Это означает, что это может увеличить удельную мощность стандартной литий-ионной батареи на 45%.
 Даже небольшое количество графена будет иметь большое значение, что увеличивает его экономическую привлекательность.«Грамм однослойного графена покрывает эквивалент двух футбольных полей», — говорит менеджер проекта Национального института графена Иван Бакли.
 Коммерциализация графена пока сдерживается отсутствием стандартизации. В июле Национальная физическая лаборатория и Национальный институт графена при Манчестерском университете запустили первую в мире услугу по характеристике графена.
 «Эта услуга обеспечит недостающее звено между академией и промышленностью и революционизирует коммерциализацию графена в ближайшие годы», — сказал Стюарт при запуске услуги в Лондоне.
 Это приветствовали как исследователи, так и представители графеновой промышленности. «В настоящее время не существует стандартов того, что именно представляет собой графен, и к которым необходимо обратиться, если мы хотим увидеть значительную поддержку со стороны конечных пользователей», — говорит Бакли.
 Четкая структура должна облегчить продажу товара, обеспечивая справедливость договоров купли-продажи как для покупателей, так и для продавцов.
 Графит: старый верный 
 С развитием литий-ионных аккумуляторов спрос на графит возрастает.И США, и Европейский Союз включили его в список стратегических полезных ископаемых, что подтверждает его важность.
 Графит чаще всего используется в производстве стали из-за его способности сохранять твердость при температурах до 3600 ° C, но он использовался в сотнях отраслей промышленности на протяжении тысяч лет. Он обладает высокой проводимостью как для тепла, так и для электричества.
 Графит — это мягкая форма чистого углерода, который в естественной среде обычно находится либо в виде хлопьев, либо в массе.Его можно построить синтетическим путем, но из-за высокой стоимости этого процесса его чаще всего добывают.
 Товар добывается по всему миру, в том числе в Бразилии, Индии и Мадагаскаре. Китай является крупнейшим производителем графита, но недавние сокращения, вызванные усилиями страны по сокращению загрязнения и защите окружающей среды, могут это изменить.
 В настоящее время графит больше всего используется в производстве стали; в 2015 году в аккумуляторах использовалось только 5% графита. Однако это, похоже, изменится по мере того, как страны, в частности Китай, переходят к менее углеродоемкой экономике.
 Усилия по переходу на возобновляемые технологии для уменьшения загрязнения и замедления изменения климата были затруднены из-за непостоянства технологий. Часто жалуются, что солнечная энергия хороша, когда светит солнце, и ветряные турбины блестят, когда дует ветер, но ни одна из них не может производить мощность базовой нагрузки.
 Одной из попыток обойти эту жалобу является разработка технологий хранения, обеспечивающих баланс между производством и спросом. В настоящее время это в основном ориентировано на литий-ионные аккумуляторные батареи самых разных размеров.Он варьируется от огромных аккумуляторов, таких как гигантский блок питания Tesla в Австралии, до аккумуляторов, используемых в электромобилях, но все они имеют одну общую черту: они требуют большого количества графита.
 Спрос уже вырос в геометрической прогрессии, и это привело к предсказаниям, что рынок графита может вырасти до 250 000 тонн к 2020 году. По мере того, как мир обращается к батареям, добыча полезных ископаемых должна будет расширяться, чтобы удовлетворить спрос; в настоящее время крупнейший графитовый рудник в Северной Америке производит всего 25 000 тонн в год.
 Хотя синтетический графит можно модифицировать для использования в аккумуляторных технологиях, большое количество угля, необходимого для его производства, резко снижает его экологичность. Это заставило аналитиков предсказать рост интереса к добыче графита вместо его синтеза.
 Графит и графен в центре внимания 
 Спрос на графит уже будет расти в ближайшие годы, и ограничения предложения могут еще больше усугубиться, если графен действительно станет использоваться в качестве материала для аккумуляторов.Многие возлагают большие надежды на искусственный минерал и его влияние на аккумуляторные технологии. «Мы ожидаем значительного роста графена в следующие 10 лет», — говорит Бакли.
 Расширение его разработки и коммерциализации, несомненно, повлияет на ориентацию на графит. Технологии быстро улучшают обработку графита, повышая привлекательность природного графита.
 «Достижения в термической технологии и методах кислотного выщелачивания, которые позволяют производить порошки графита более высокой чистоты, вероятно, приведут к разработке новых применений графита в высокотехнологичных областях», — говорится в сообщении Геологической службы США.«Такие инновационные методы рафинирования позволили использовать улучшенный графит в углеродно-графитовых композитах, электронике, фольге, фрикционных материалах и специальных смазочных материалах. Линии гибких графитовых продуктов, таких как графит (тонкая графитовая ткань), вероятно, будут самым быстрорастущим рынком. Разрабатываются крупномасштабные приложения для топливных элементов, которые могут потреблять столько же графита, сколько и все другие применения вместе взятые ».
 По мере того, как мир продолжает переходить на более чистую энергетическую систему, вполне вероятно, что графит и «суперминеральный» графен начнут доказывать свой потенциал.
 Связанные компании 
 Сумка для жидкости 
 Гибкие контейнеры для смазок, консистентных смазок и жидкостей
 28 августа 2020
 Кленсоник 
 Решения для ультразвуковой очистки для горнодобывающего сектора
 28 августа 2020
 Рынок графеновых батарей
 — прогнозы С 2018 по 2023 год рынок графеновых батарей 
 вырастет до 70 долларов США.464 млн к 2023 году по сравнению с 28,866 млн долларов США в 2017 году при среднегодовом темпе роста 16,04%. Графен — это аллотроп углерода, самый сильный, легкий и самый мощный проводник электрической и тепловой энергии. Он обеспечивает большую мощность электромобилей, дронов и других электрических устройств, чем любая другая существующая технология. Графен широко используется в суперконденсаторах и производстве батарей. Графеновые батареи легкие, химически инертные, прочные, лучше подходят для хранения энергии большой емкости, имеют более длительный срок службы и электрически заряжаются за короткие промежутки времени по сравнению с другими батареями.Рост мирового рынка графена обусловлен ускорением глобальных продаж электромобилей и других электронных устройств. Интенсивное использование этих батарей во многих промышленных приложениях в сочетании с растущим осознанием необходимости перехода на нетрадиционные источники энергии также увеличивает спрос на эти батареи. Однако производство графена в больших количествах по доступной цене и отсутствие знаний о его технологическом потенциале сдерживают рост рынка. Северная Америка и регион APAC будут движущей силой мирового рынка графеновых батарей в течение прогнозируемого периода.
  Методология исследования 
 Во-первых, в отчете дается краткое представление о рынке и подробно рассматривается методология исследования для расчета размера рынка и прогнозов, используемые вторичные источники данных и первичные исходные данные, которые были приняты для проверки данных. В этом разделе также описывается различная сегментация, которая была рассмотрена как часть отчета.
  Динамика рынка 
 Далее в разделе обзора представлена ​​всесторонняя динамика рынка, а также факторы роста, проблемы и возможности, существующие на текущем рынке.В этом разделе отчета также представлены перспективы поставщиков и отрасли в целом; ключевые отраслевые, глобальные и региональные правила, определяющие рост рынка, и краткий технологический аспект графеновых батарей. Полный отраслевой анализ также был включен в модель пяти сил Портера как часть этого раздела отчета.
  Сегментация 
 В-третьих, графеновая батарея была сегментирована по типу, отрасли и географии следующим образом:
  По типу 
 Суперконденсатор 
 Литий-ионная батарея 
 Свинцово-кислотная батарея 
 Литий-серная батарея
  По отраслям 
 Электроника 
 Аэрокосмическая промышленность и оборона 
 Здравоохранение 
 Автомобильная промышленность 
 Энергия и мощность 
 Другое
  По географии 
 Америка 
 Северная Америка 
 Южная Америка 
 Европа Ближний Восток и Африка 
 Европа 
 Ближний Восток и Африка 
 Азиатско-Тихоокеанский регион
  Участники рынка 
 Наконец, в разделе конкурентной разведки рассматриваются основные игроки на рынке, их стратегии роста, продукты, финансы и недавние инвестиции, среди прочего.Ключевые игроки отрасли, представленные в рамках этого раздела, — это Group NanoXplore Inc, Graphenea S.A., Graphene NanoChem PLC, Cambridge Nanosystems Ltd и другие
.
No related posts.