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.
На изображении анод слева, катод — справа. Ионы перемещаются внутри батареи между ними, электроны проходят через внешнюю цепь — она питает устройство энергией U.S. Department of EnergyЧем 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.