Kaj so grafenske baterije
Morda se bo v zelo bližnji prihodnosti hegemonija litij-ionskih baterij končala, ker na sceno stopa nova vrsta baterij - grafen. Poglejmo si torej podrobneje grafenske baterije in ugotovimo, kakšne lastnosti imajo in zakaj so tako dobre.
Kaj je grafen
Najprej povejmo nekaj besed o materialu, kot je grafen. Ta material so umetno pridobili že leta 2004 ruski znanstveniki in je filmu podobna struktura, izdelana iz atomov ogljika.
Preprosto povedano, grafen je ravnina grafita, ločena od splošne strukture materiala. V tem primeru so atomi razporejeni tako, da nastane šesterokotna kristalna mreža.
V tem primeru je tvorjena snov tako gosta, da ima povečano stopnjo togosti in ogromen rob toplotne prevodnosti.
V tem primeru se elektroni lahko prosto gibljejo po strukturi filma, kar odpira široke možnosti za vnos novega materiala v polprevodniška vezja.
Grafen in baterije
Prvo področje, kjer so se odločili za uporabo grafena, je proizvodnja avtomobilskih baterij.
V prvih poskusih so grafen kombinirali z litijem, a kot je pokazala praksa, se je to izkazalo za napačno odločitev. To je zato, ker je litij izredno agresivna snov in litij eksplodira ob stiku z vodo.
Zato so zavrnili namestitev takšnih sprememb baterij na električna vozila, saj je v primeru nesreče in poškodbe akumulatorja obstajala zelo velika verjetnost požara.
Za izdelavo takšnih baterij je bila potrebna tudi velika količina litija, kar je draga kovina.
Zato je bilo odločeno, da poiščemo alternativo litiju in hkrati sta bili najdeni dve možnosti:
1. Ameriški model. Po njenem mnenju je vir reakcije že kobalt-litij in sestavljena katoda iz silicijevih in grafenskih plošč.
2. Ruski model. Tam, kjer se uporablja modifikacija magnezijevega grafena, kjer je anoda litijeve soli uspešno zamenjana z magnezijevim oksidom (veliko bolj pogosta in cenejša snov).
A kljub različnim pristopom so prednosti in slabosti grafenskih baterij enake.
Prednosti in slabosti grafenskih baterij
Če primerjamo klasične litij-ionske baterije z grafenom, imajo slednje naslednje prednosti:
- Grafen se proizvaja iz lahko dostopnih in poceni surovin.
- Izdelan material je zelo lahek. Torej en kvadratni meter grafena tehta le 1 gram, to pa vam omogoča znatno zmanjšanje mase baterije.
- Okoljevarji lahko dobro spijo, saj je grafen okolju prijazen.
- Grafen ima večjo trdnost in vodoodpornost.
- Poškodovane površine se zlahka obnovijo.
- Prevodnost grafena je bistveno večja od prevodnosti katerega koli drugega vodnika (seveda trenutno).
- Povečana specifična zmogljivost. Na primer, avtomobil z vgrajeno grafensko baterijo lahko z enim polnjenjem prevozi do 1000 kilometrov. kilometrov.
- Kapaciteta grafenskih baterij se zaradi pogostih ciklov praznjenja in polnjenja ne zmanjšuje.
- Polni čas polnjenja je le 8 minut.
Kot lahko vidite, so prednosti le voz in majhen voziček, obstajajo pa tudi slabosti, in sicer:
- Grafen ima precej nizko gostoto, zato še vedno obstajajo velike omejitve glede njegove uporabe. Na primer, mobilni telefon z grafensko baterijo bi bil zajet.
Kako deluje grafenska baterija
Dejansko se struktura grafenske baterije ne razlikuje veliko od strukture litij-ionske baterije s trdnim elektrolitom. Edina stvar je, da je v primeru grafena katoda izdelana iz premogovega koksa, ker je njegova kemikalija. sestava je blizu čistemu ogljiku, grafit pa nadomesti grafen.
Da bi povečali kapaciteto akumulatorja, so inženirji med plasti grafena dodali odseke silicija. Za povečanje hitrosti polnjenja so bile na grafenskih ploščah narejene majhne luknje s premerom 15–20 nanometrov.
To je vse, sicer gre za običajno baterijo.
Zaključek
Brez dvoma bodo grafenske baterije še vedno našle svojo nišo in povsem mogoče je, da bodo litij-ionske baterije popolnoma zamenjale s svojega podstavka, a dokler ne bodo stopile na širši trg, je o tem še prezgodaj govoriti. No, če vam je bil članek všeč, potem postavite palce in se naročite. In še bolj zanimivo in koristno najdete na mojem spletnem mestu, kjer so članki objavljeni nekoliko prej.