Графен считается одним из самых перспективных материалов будущего.

В области бытовой электроники емкость аккумулятора и скорость зарядки всегда были постоянной темой. Многие производители использовали время зарядки и емкость аккумулятора в качестве уловок. Если посмотреть на глобальный рынок электроники, то литий-ионные аккумуляторы, которые существуют уже много лет, по-прежнему являются крупнейшими игроками в мире, поскольку аккумуляторы встроены почти во все смартфоны, и даже у Boeing 787 Dreamliner есть много литий-ионных аккумуляторов.

Однако огромная нехватка литиевых батарей с точки зрения безопасности, долговечности, загрязнения окружающей среды и скорости зарядки начала серьезно ограничивать развитие основных высокотехнологичных отраслей промышленности. В результате многие корпоративные отделы НИОКР сосредоточились на более совершенных «графеновых батареях» и считают, что этот новый тип батарей полностью заменит литиевые батареи, которые были доступны более 26 лет в будущем.

Что такое графеновая батарея?

Графен представляет собой плоскую пленку с гексагональной сотовой решеткой, состоящей из атомов углерода с гибридными орбитами SP2, и двумерный материал с толщиной всего одного атома углерода. Графен в настоящее время является самым тонким, но самым твердым наноматериалом в мире. Он практически полностью прозрачен и поглощает всего 2,3% света. Это также материал с самым низким удельным сопротивлением в мире.

Так называемая графеновая батарея - это новая энергетическая батарея, разработанная с использованием характеристик быстрого и массивного перемещения ионов лития между поверхностью графена и электродом. Графен - один из самых тонких, твердых и наиболее электропроводящих новых наноматериалов - привлекает внимание с момента его появления в 2004 году.

В области силовых элементов графен является положительным и отрицательным материалом для литий-ионных аккумуляторов с хорошими перспективами применения. В то же время графеновые полимерные батареи весят всего 50% от обычных батарей и будут стоить на 77% меньше литиевых. С точки зрения производительности, графеновые литиевые батареи заряжаются один раз и занимают не более 10 минут.

Из-за своих уникальных характеристик графен называют «магическим материалом», и ученые даже предсказывали, что он «полностью изменит 21 век».

Идеально красиво.

Как мы все знаем, наиболее часто используемым материалом для аккумуляторов в области смартфонов по-прежнему являются литиевые батареи. Литиевые батареи были впервые использованы в коммерческих целях в 1991 году и с тех пор стали стандартным оборудованием. Однако многие люди думают, что эта технология достигла своего предела, и надеются найти альтернативные источники, поэтому технология графеновых батарей появилась в глазах людей.

Текущие новости предполагают, что флагман Samsung следующего поколения Galaxy S9 будет использовать графеновые батареи вместо существующих литий-ионных батарей. Емкость аккумулятора этого типа при том же объеме составляет около 45% от емкости литиевого аккумулятора, но он может быть полностью заряжен в течение 12 минут и может сохранять высокую стабильность при температуре окружающей среды до 60 градусов Цельсия. Это делает аккумулятор из этого материала очень подходящим не только для смартфонов, но и для электромобилей.

Сообщается, что исследовательский институт Samsung нашел способ объединить графен с кремнеземом в больших масштабах. Материал, завершающий сплавление, называется «графеновый шар» и имеет структуру, похожую на попкорн. Исследователи отметили, что эта технология не только улучшает стабильность батареи, но также улучшает проводимость, «значительно улучшая возможность повторного использования и способность быстрой зарядки катода». Что еще более важно, их плотность энергии близка к 800 Втч / л, что примерно соответствует литий-ионной батарее, используемой Tesla.

Согласно стороннему анализу, если Samsung станет первой компанией в мире, успешно внедрившей графеновые батареи в оборудование для массового производства, это сделает корейскую компанию эксклюзивным поставщиком или патентообладателем графеновых материалов на долгое время. И это будет иметь большое значение для улучшения доходов и положения компании в мире.

В то же время концепция «графеновых батарей» также неоднократно упоминалась в области транспортных средств на новой энергии, и, похоже, она стала прорывом в технологии аккумуляторов для электромобилей. Батареи с графеновой технологией известны как «вехи черной технологии» и заявляют, что они расширяют диапазон электромобилей, увеличивают срок службы батарей и сокращают время зарядки.

Возможно, наиболее представительным из них является электромобиль Fisk EMotion, разработанный Генри Фиском, основателем Fisk. FiskerEMion будет использовать новые материалы для батарей из графена, которые могут преодолевать 208 километров за девять минут с максимальной дальностью 644 километра и максимальной скоростью 259 километров в час. Ожидается, что автомобиль будет первым, который будет продан в Великобритании в 2020 году.

Кроме того, местные СМИ сообщили, что ученые из Чжэцзянского университета разработали новый тип алюминиево-графеновой батареи с использованием графеновой мембраны в качестве положительного материала. Эта батарея имеет чрезвычайно долгий срок службы, может быть полностью заряжена за очень короткий период времени и может нормально работать в диапазоне температур от минус 40 ° C до 120 ° C.

Более того, разработанные на этот раз алюминиево-графеновые батареи обладают некоторыми из самых непревзойденных характеристик по сравнению с другими современными батареями. Например, при низкой температуре минус 40 ° C алюминиево-графеновые батареи все еще могут стабильно заряжаться и разряжаться 1000 раз; При высокой температуре 100 ° C он стабильно заряжался и разряжался 45000 раз. Даже если ядро подвергнется воздействию Yuhuoyan, оно не загорится или взорвется. Этот широкий диапазон температур закладывает основу для будущего использования ионно-алюминиевых батарей в экстремальных температурных условиях.

Кроме того, батарея также очень гибкая, и ее емкость может оставаться неизменной после 10 000 изгибов, демонстрируя потенциал применения в носимых гибких электронных устройствах.

Реальность очень костлявая.

У нынешнего рынка капитала есть огромное воображение для графеновых батарей, но многие ученые полагают, что графеновые батареи в настоящее время трудно пробить во многих аспектах технологий, поэтому это все еще продукт в лаборатории, и его настоящее массовое производство все еще далеко. ..

В интервью Daily Economic News доктор Люгуаньвэй из Университета Цинхуа, старший инженер Пекинского института исследований цветных металлов, сказал: «Существуют различия в том, как определять графеновые батареи в первую очередь: добавление графеновых материалов. к электродным материалам. Определение графеновых батарей вводит в заблуждение. Новости о графеновых батареях ограничиваются некоторыми отчетами о мехах. Отсутствует схематическая диаграмма структуры и механизма реакции батареи, а также отсутствуют какие-либо конкретные технические параметры, такие как плотность энергии , напряжение и срок службы. Что касается аккумуляторной промышленности, без этой информации сообщаемым новостям не хватает элементарного доверия, и вероятность ложного преувеличения пропаганды велика ».

Лиюнфэн, профессор Китайского нефтяного университета, также настроен скептически. Он считает, что текущее применение графена в батареях в основном сочетается с кремнием в отрицательном электроде батареи для замены исходного графита, что может увеличить общую емкость и скорость зарядки батареи, но улучшение производительности ограничено. Интернет-слухи о подрывном восхождении не очень реалистичны. Кроме того, некоторые инсайдеры отрасли упомянули, что характеристики поверхности графена в значительной степени зависят от химического состояния, и что стабильность партии, срок службы и другие проблемы также трудно удовлетворить детальным требованиям производства литиевых батарей.

Отчет CITIC также показывает, что до сих пор неизвестно, когда графеновые продукты с превосходными свойствами могут выйти из лаборатории. Например, когда графен используется в качестве прозрачной проводящей мембраны, существует определенное узкое место при изготовлении его промышленных продуктов, что делает невозможным воспроизведение низкой проводимости графеновой нефти в продукте. Поскольку однослойный графен не имеет запрещенной зоны и не может выполнять функции переключения транзисторов, необходимые для логических схем, степень сложности процесса значительно возросла, поэтому его широкое использование в области микроэлектроники потребует времени.

Это правда, что графен считается одним из самых многообещающих материалов в будущем, но что касается его пенного состава, он превышает реальную прикладную ценность, и есть много факторов, которые препятствуют популяризации этого материала. . Массовое производство и стоимость являются наиболее важными. Барьеры на пути к популярности, графеновым батареям еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем они полностью заменят литиевые батареи.

Страница содержит содержимое машинного перевода.