Графеновые аккумуляторы своими руками: Графеновый аккумулятор своими руками

Содержание

Графеновый аккумулятор своими руками

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.

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.

Графеновые батареи для электромобиля

Многие считают, что будущее автомобилестроения именно за электрокарами. За границей существуют законопроекты, по которым часть ежегодно продаваемых автомобилей должны либо быть гибридами, либо работать на электричестве, поэтому деньги вкладываются не только в рекламу таких авто, но и в постройку заправок.

Однако многие люди все-таки ждут, когда электрокары станут настоящими соперниками традиционным автомобилям. А может, это будет, когда время зарядки уменьшится, а время автономной работы увеличится? Возможно, в этом человечеству помогут графеновые аккумуляторы.

Что такое графен?

Революционный материал нового поколения, самый легкий и прочный, самый электропроводящий — все это о графене, который является не чем иным, как двумерной углеродной решеткой толщиной в один атом. Создатели графена, Константин Новоселов и Андрей Гейм, получили Нобелевскую премию. Обычно между открытием и началом практического использования этого открытия на практике проходит продолжительное время, иногда даже десятки лет, однако графен такая участь не постигла. Возможно, это связано с тем, что Новоселов и Гейм не утаили технологию его производства.

Они не только рассказали о ней всему миру, но и показали: есть видео на YouTube, где Константин Новоселов подробно рассказывает об этой технологии. Поэтому, возможно, скоро мы сможем даже делать графеновые аккумуляторы своими руками.

Разработки

Попытки применения графена были практически во всех областях науки. Его пробовали в солнечных батареях, наушниках, корпусах и даже пытались лечить рак. Однако на данный момент одна из самых перспективных и нужных человечеству вещей — это графеновый аккумулятор. Напомним, что при таком неоспоримом преимуществе, как дешевое и экологичное топливо, электромобили имеют серьезный недостаток — относительно небольшую максимальную скорость и запас хода не более трехсот километров.

Решение проблемы века

Графеновый аккумулятор работает по тому же принципу, что и свинцовые с щелочным или кислотным электролитом. Этим принципом является электрохимическая реакция. По устройству графеновый аккумулятор схож с литиево-ионным с твердым электролитом, в котором катодом является угольный кокс, близкий по составу к чистому углероду.

Однако уже сейчас среди инженеров, разрабатывающих графеновые аккумуляторы, есть два принципиально разных направления. В США ученые предложили делать катод из пластин графена и кремния, перемежающихся между собой, а анод — из классического кобальта лития. Российские инженеры нашли другое решение. Токсичная и дорогая литиевая соль может быть заменена более экологичным и дешевым оксидом магния. Емкость аккумулятора увеличивается в любом случае за счет повышения скорости прохождения ионов от одного электрода к другому. Это достигается вследствие того, что графен обладает высоким показателем электрической проницаемости и способностью к накоплению электрического заряда.

Мнения ученых относительно инноваций разделяются: российские инженеры утверждают, что графеновые аккумуляторы имеют емкость в два раза больше, чем литий-ионные, а вот их зарубежные коллеги утверждают, что в десять.

Графеновые аккумуляторы запущены в массовое производство в 2015 году. К примеру, этим занимается испанская компания Graphenano. По словам производителя, использование этих аккумуляторов в электрокарах на логистических площадках показывает реальные практические возможности батареи с графеновым катодом. Для полной зарядки ему требуется всего восемь минут. Максимальную длину пробега также способны увеличить графеновые аккумуляторы. Зарядка на 1000 км вместо трехсот — вот что хочет предложить потребителю корпорация Graphenano.

Испания и Китай

С Graphenano сотрудничает китайская компания Chint, которая купила 10 % акций испанской корпорации за 18 миллионов евро. На совместные средства будет осуществляться постройка завода с двадцатью производственными линиями. Проект уже получил около 30 миллионов инвестиций, которые будут вложены в установку оборудования и наем сотрудников. По первоначальному плану завод должен был начать выпускать около 80 миллионов батарей. На начальном этапе основным рынком должен стать Китай, а затем планировалось начало поставок в другие страны.

На втором этапе компания Chint готова инвестировать 350 миллионов евро для постройки еще одного завода, на котором будет около пяти тысяч сотрудников. Такие цифры неудивительны, если учесть, что суммарный доход будет составлять около трех миллиардов евро. К тому же Китай, известный своими проблемами с экологией, будет обеспечен экологичным и дешевым «топливом». Однако, как мы можем наблюдать, кроме громких заявлений, свет не увидел ничего, только тестовые модели. Хотя корпорация Volkswagen тоже объявила о своем намерении сотрудничать с Graphenano.

Ожидания и реальность

На дворе 2017 год, а это значит, что Graphenano занимаются «массовым» производством аккумуляторов уже два года, однако встретить электромобиль на дороге — большая редкость не только для России. Все характеристики и данные, обнародованные корпорацией, довольно неопределенны. В целом они никак не выходят за рамки общепринятых теоретических представлений о том, какими параметрами должен обладать графеновый аккумулятор для электромобиля.

К тому же до сих пор все, что было представлено как потребителям, так и инвесторам, — это только компьютерные модели, никаких настоящих прототипов. Добавляет проблем и то, что графен — материал, который очень дорог в производстве. Несмотря на громкие заявления ученых о том, как его можно будет «печатать на коленке», на данном этапе снизить удается только стоимость некоторых компонентов.

Графен и мировой рынок

Сторонники всяческих теорий заговоров скажут, что никому не выгодно появление такого автомобиля, потому что тогда нефть уйдет на задний план, а значит, сократятся и доходы от ее добычи. Однако, скорее всего, инженеры столкнулись с какими-то проблемами, но не хотят это афишировать. Слово «графен» сейчас на слуху, многие считают его материалом будущего, поэтому, возможно, ученым не хочется портить его славу.

Проблемы в разработках

Однако дело может быть и в том, что материал действительно инновационный, поэтому подхода требует соответствующего. Возможно, аккумуляторы с использованием графена должны быть принципиально отличными от традиционных литий-ионных или литий-полимерных.

Существует и еще одна теория. Корпорация Graphenano заявила, что новые аккумуляторы заряжаются всего за восемь минут. Специалисты подтверждают, что это действительно возможно, только мощность источника питания должна быть не менее одного мегаватта, что возможно в тестовых условиях на заводе, но никак не в домашних. Постройка достаточного количества заправок с такой мощностью будет стоить огромных денег, цена одной подзарядки будет довольно высока, поэтому графеновый аккумулятор для авто не принесет никакой выгоды.

Практика показывает, что революционные технологии достаточно долго встраиваются в мировой рынок. Необходимо провести множество тестов, чтобы убедиться в безопасности продукта, поэтому выход новых технологических устройств порой затягивается на долгие годы.

учёные предложили новую технологию создания натриевых аккумуляторов — РТ на русском

Российские и немецкие исследователи выяснили, что в аккумуляторных батареях вместо редкого и дорогого лития можно использовать натрий, уложенный особым способом. По мнению учёных, сделанные по такой технологии аккумуляторы будут более дешёвыми по сравнению с теми, что используются сейчас, но при этом не уступающими им в ёмкости. В настоящее время проводятся эксперименты по практическому созданию многослойных структур из натрия и графена.

Международный коллектив учёных под руководством профессора Аркадия Крашенинникова, представляющих Национальный исследовательский технологический университет МИСиС, Институт биохимической физики имени Н.М. Эмануэля (ИБХФ РАН), Центр имени Гельмгольца Дрезден-Россендорф (Германия) и Институт Макса Планка (Германия), установил, что вместо дорогого и редкого лития в аккумуляторах можно использовать натрий, уложенный особым способом. Об этом сообщается в журнале Nano Energy.

За основу своей работы учёные взяли предыдущее исследование немецких специалистов, которые выяснили, что ёмкость батареи значительно увеличится, если атомы лития расположить в три слоя между двумя слоями графена.

«При трёхслойной укладке атомов лития в биграфене ёмкость составила 828 мАч/г (миллиампер-час на грамм материала), что выше более чем в два раза по сравнению с традиционными графитовыми анодами (372 мАч/г)», — сообщил RT первый автор работы, научный сотрудник лаборатории неорганических наноматериалов НИТУ МИСиС Илья Чепкасов.

Международная группа учёных методом компьютерного моделирования установила, что этот подход применим к созданию аналогичных структур, в которых литий можно заменить натрием. Литий, который используется в современных аккумуляторах, металл редкий и дорогой, утверждают исследователи. Стоимость основного рабочего катиона натрий-ионного аккумулятора примерно в 100 раз ниже, чем у литий-ионного, поскольку химические свойства натрия позволяют использовать лёгкий и недорогой алюминий вместо меди.

Как утверждают исследователи, натрий является наиболее дешёвым и распространённым щелочным металлом. Таким образом, аккумуляторы на основе натрия будут значительно дешевле литиево-ионных. 

Напомним, изобретателям аккумуляторов на основе лития в 2019 году присудили Нобелевскую премию по химии.

Также по теме

«Свойства оказались уникальными»: российские химики синтезировали перспективный материал для аккумуляторов

Химики из МГУ синтезировали уникальный материал для натрий-ионных аккумуляторов. Батареи такого типа значительно дешевле литий-ионных…

Результаты моделирования показали, что энергоёмкость новой структуры на основе натрия сопоставима с ёмкостью обычного традиционного графитового анода в литий-ионных аккумуляторах: около 335 мАч/г против 372 мАч/г у лития. 

«Из нашего моделирования следует, что при увеличении числа слоёв натрия возрастает стабильность таких структур», — заключил другой автор работы, старший научный сотрудник НИТУ МИСиС и ИБХФ РАН Захар Попов.

По словам Ильи Чепкасова, в настоящее время коллегами из Германии уже проводятся эксперименты по практическому созданию многослойных структур из натрия и графена. В случае успеха можно будет говорить о создании нового поколения аккумуляторов, которые будут превосходить существующие в ёмкости и стоить в разы дешевле, отмечают исследователи.

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.

Российские ученые нашли дешевую и надежную замену литиевым аккумуляторам

| Поделиться

Ученые из России разработали технологию использования натрия вместо лития в аккумуляторах. Они смогли добиться схожей емкости АКБ, что делает технологию весьма перспективной на фоне того, что натрий дешевле лития вследствие более широкого его распространения. Кроме того, батареи на его основе намного более стабильны в сравнении с литиевыми.

Достойная замена литию

Российские ученые нашли возможную альтернативу литию для использования в современных аккумуляторах. Команда отечественных специалистов из Национального исследовательского технологического университета «МИСиС», Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН совместно с иностранными коллегами из Центра им. Гельмгольца в Дрезден-Россендорфе (Германия) под руководством профессора Центра Аркадия Крашенинникова нашла способ замены этого щелочного металла на другой – натрий.

Как сообщили CNews представители «МИСиС», использование натрия в элементах питания выгодно тем, что он представлен на Земле в значительно большем количестве, чем литий – к примеру, он есть даже в обычной поваренной соли. При этом его использование в АКБ не приведет к значительной потере емкости в сравнении с батареями на основе лития, который, к тому же, за счет ограниченных запасов этого металла, стоит заметно дороже натрия.

Как натрий работает в аккумуляторах

В ходе исследований российские ученые выяснили, что для достижения схожей с литиевым аккумулятором емкости при использовании натрия нужно «уложить» атомы элементов определенным, многослойным способом. Они экспериментировали с трехслойной структурой – слой атомов натрия сверху и снизу был закрыт слоями графена – перспективного материала, представляющего собой двухмерную решетку из атомов углерода.

Разница между однослойной и многослойной структурами АКБ

Особенный способ укладки атомов натрия заключается в их расположении в несколько слоев, находящихся один над другим. Подобная структура достигается за счет перехода атомов из металла в пространство между двумя листами графена под высоким напряжением, что имитирует процесс заряда аккумулятора. Получается своего рода «сэндвич» из слоя углерода, двух слоев щелочного металла (натрия) и дополнительного слоя углерода.

При такой структуре емкость аккумуляторов, по словам специалистов, становится схожей с емкостью стандартных литиевых батарей – 335 мАч/гр у натриевых (мАч на один грамм вещества) против 372 мАч/гр у литиевых

Надежность натриевых АКБ

Эксперименты по использованию натрия в элементах питания показали, что увеличение количества слоев не приводит к дестабилизации всего аккумулятора. Если бы вместо натрия применялся литий, эффект был бы прямо противоположный – чем выше число слоев, тем хуже была бы стабильность.

Авторы новой технологии натриевых аккумуляторов не сомневаются в ее эффективности

«Долгое время считалось, что атомы лития в аккумуляторах могут располагаться только в один слой, в противном случае система будет нестабильна. Несмотря на это недавние эксперименты наших коллег из Германии показали, что при тщательном подборе методов можно создавать многослойные стабильные структуры лития между слоями графена. Это открывает широкие перспективы к увеличению емкости таких структур. Поэтому нам было интересно изучить возможность формирования многослойных структур с другими щелочными металлами, в том числе и с натрием, при помощи численного моделирования», – отметил научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Илья Чепкасов, один из авторов исследования с использованием натрия в аккумуляторах.

Слова Ильи Чепкасова подтвердил его коллега Захар Попов, старший научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» и ИБХФ РАН. Он добавил, что, несмотря на тот факт, что атомы лития гораздо сильнее связываются с графеном, увеличение числа слоев лития приводит к меньшей стабильности. В случае натрия наблюдается обратная тенденция – рост числа слоев этого металла приводит к росту стабильности таких структур.

Новые типы атак можно выявлять даже без сигнатур и правил корреляции

Безопасность

Преимущество натрия над литием при использовании в элементах питания признал даже сам Джон Гуденаф (John Goodenough), создатель литий-ионной батареи и лауреат многих престижных премий. Весной 2017 г. совместно с группой исследователей из Техасского университета США он разработал технологию твердотельного аккумулятора с повышенной плотностью энергии. Новый тип батарей выдерживает температур до -60 градусов Цельсия, не взрывается от перегрева или повреждения оболочки, а при утилизации не вредит окружающей среде. Для накапливания энергии в такой батарее вместо лития используется натрий, который можно добывать даже из морской воды.

До отказа от лития еще далеко

На момент публикации материала разработка натриевых аккумуляторов находилась на стадии подготовки к созданию экспериментального образца, который в дальнейшем будет изучаться в лабораторных условиях. Притом выполнять эти работы будут иностранные коллеги российских ученых – из Центра им. Гельмгольца Дрезден-Россендорф.

Несмотря на обилие альтернативных технологий, литиевые аккумуляторы по-прежнему используются повсеместно

Между тем, сроки начала распространения новых АКБ, даже примерные, специалисты не называют. Технология Джона Гуденафа, даже по прошествии более трех лет с момента анонса, тоже пока не применяется в производстве батарей.

Другая разработка «МИСиС»

В августе 2019 г. специалисты «МИСиС» разработали еще одну альтернативу литиевым элементам питания. Как сообщал CNews, они придумали принцип использования растения «борщевик» при производстве электродов для суперконденсаторов (СК). Созданная ими технология была протестирована в лабораторных условиях, и эксперимент завершился успехом.

Почему администраторы не заметят миграцию данных в облака

Облака

По задумке ученых из МИСиС, в качестве сырья для производства электродов суперконденсаторов должны использоваться только стебли борщевика. Для их превращения в углеродный материал, а затем и в электроды они подвергаются обработке по особой технологии, включающей в себя ряд этапов, к примеру, обработку в соляной кислоте и насыщение углекислым газом.



Ближайшее будущее аккумуляторных батарей.

Обзор новых технологий в производстве аккумуляторов Новый вид батареек
«Квантовая» батарея

С 26 по 28 февраля в Токио проходит выставка накопителей, на которой среди прочих представлена компания Micronics Japan Co. Ltd . О её предыдущих разработках мало что известно, но совсем недавно она заявила о том, что разработала и подготовила к производству слоистую батарею нового типа. Одиночная ячейка, которую демонстрирует компания, представляет собой плёнку из металл-оксид-полупроводниковой структуры n-типа, в которой используются частицы диоксида титана, диоксида олова и оксида цинка, покрытые изолирующей плёнкой. В опытном образце используется лист нержавеющей стали толщиной 10 мкм, но вскоре его заменят на алюминиевый.

Квантовой разработчики назвали свою батарею чтобы подчеркнуть её физическую, а не химическую природу. Несмотря на то, что для хранения энергии вместо ионов в ней используются электроны, по принципу действия эта батарея отличается от конденсаторов. Утверждается , что система основана на хранении электронов «в запрещённой зоне» полупроводника.

При производстве структур «металл — оксид — полупроводник» зарядовый слой накопителя облучают ультрафиолетом. После изготовления, при зарядке, электроны занимают свободные энергические уровни в рабочем материале и хранятся там до тех пор, пока батарею не потребуется разрядить. В итоге получаются перезаряжаемые батареи с очень высокой плотностью хранения энергии.
Какими показателями обладают тестовые образцы неизвестно, но разработчик заявляет, что серийные образцы, которые появятся в скором будущем, будут иметь ёмкость до 500 Вт ч/л и при этом смогут выдавать до 8 000 Вт пиковой мощности на литр объёма.
Такие накопители объединяют лучшие черты аккумуляторов и суперконденсаторов. Даже при малой ёмкости они смогут выдавать большую пиковую мощность. Напряжение, снимаемое с таких накопителей, не уменьшается по мере их разрядки, а до конца остаётся стабильным.
Заявленный диапазон рабочих температур от -25 до +85 °C. Батарея может быть подвержена 100 тыс. циклов зарядки-разрядки до падения ёмкости ниже 90% от первоначальной. Способность быстро забирать и отдавать энергию сильно уменьшит время зарядки. Кроме того, такие батареи пожаробезопасны. Редкие или дорогие материалы в её производстве не используются. В общем, плюсов столько, что даже не верится.

Самозаряжающаяся батарея

Группа исследователей во главе с Чжунлинь Ваном (Zhong Lin Wang) из Технологического института Джорджии (США) создала самозаряжающуюся батарею, не требующую для возобновления заряда подключения к розетке.
Устройство заряжается от механического воздействия, а точнее — от нажатия. Его планируется применять в сматрфонах и других устройствах сенсорных устройствах.
Разработчики разместили своё устройство под клавишами калькулятора и смогли обеспечить его работоспособность в течении суток за счёт энергии от нажатия кнопок.

Батарея представляет собой «прирог» из поливинилиденфторидной и цирконат-титанатосвинцовой плёнок толщиной в несколько сот микрометров. При нажатии на неё ионы лития мигрируют от катода к аноду в силу пьезоэлектрического эффекта. Чтобы повысить эффективность прототипа, исследователи добавили в его пьезоэлектрический материал наночастицы, усиливающие соответствующий эффект, и добились серьёзного увеличения ёмкости и скорости подзарядки устройства.
Нужно понимать, что батарея непрозрачная, поэтому может помещаться только под кнопками, либо под экраном.
Батарея не имеет таких выдающихся характеристик, как ранее описанное устройство (сейчас ёмкость батареи размером со стандартную «таблетку» для матплат выросла с начальных 0,004 до 0,010 мА ч), но разработчика обещают ещё поработать над её эффективностью. До промышленных образцов ещё далеко, хотя гибкие экраны — основные устройства, в которых разработчика планируют разместить свою батарею — пока слабо распространены. Ещё есть время доработать своё изобретение и внедрить в производство.

Батарея на основе сахара

Складывается впечатление, что разработкой батарей занимаются только азиаты. Прототип очередной необычной батареи создали в американском Политехническом университете Вирджинии.

Эта батарея по сути работает на сахаре, точнее на мальтодекстрине — полисахариде, полученном в результате гидролиза крахмала. Катализатором в такой батарее является энзим. Он намного дешевле платины, которая сейчас применяется в обычных батареях. Такая батарея относится к типу энзимных топливных элементов. Электричество здесь производится путём реакции кислорода, воздуха и воды. В отличии от водородных топливных элементов, энзимы негорючи и невзрывоопасны. А после того, как батарея исчерпает свой ресурс, по словам разработчиков , её можно будет снова заправить сахаром.
О технических характеристиках данного типа аккумуляторов пока известно мало. Утверждается лишь, что плотность энергии в них в несколько раз выше, чем в обычных литий-ионных батареях. Стоимость таких батарей существенно ниже обычных, поэтому разработчики полны уверенности найти им коммерческое применение в ближайшие 3 года. Подождём обещанного.

Батарея со структурой граната

А вот учёные из американской Национальной ускорительной лаборатории SLAC при Стэнфордском университете решили увеличить объём обычных батарей , воспользовавшись структурой граната.

Разработчики максимально уменьшили размер анодов и поместили каждый из них в углеродную оболочку. Это позволяет предотвратить их разрушение. В процессе зарядки, частицы расширяются и объединяются в кластеры, которые так же помещаются в углеродную оболочку. В результате таких манипуляций, ёмкость этих аккумуляторов в 10 раз превышает ёмкость обычных литий-ионных батарей.
Из опытов следует, что после 1000 циклов заряда/разряда, батарея сохраняет 97% первоначальной ёмкости.
Но о коммерческом применении данной технологии говорить пока рано. Слишком уж дороги в производстве кремниевые наночастицы и слишком сложен сам процесс создания таких батарей.

Атомные батареи

И напоследок расскажу о разработке британских учёных . Они решили переплюнуть своих коллег создав миниатюрный ядерный реактор. Прототип атомного аккумулятора, созданный исследователями университета Сюррея на основе трития, производит достаточно энергии для работы мобильного телефона в течении 20 лет. Правда подзарядить его потом уже не получится.

В батареи, представляющей собой интегральную микросхему, происходит ядерная реакция, в результате которой вырабатывается 0,8 – 2,4 ватт энергии. Рабочая температура батареи составляет от -50 до +150. При этом ей не страшны резкие перепады температуры и давления.
Разработчики утверждают, что для человека тритий, который содержится в батареи не опасен, т.к. его содержание там очень мало. Однако, о массовом производстве таких источников питания пока рано говорить — учёным предстоит провести ещё массу исследований и испытаний.

Заключение

Конечно, далеко не все из вышеописанных технологий найдут своё применение, тем не менее, надо понимать, что в ближайшие несколько лет должен произойти прорыв в технологии производства аккумуляторных батарей, который повлечёт за собой всплеск распространения электромобилей и производства смартфонов и других электронных устройств нового типа.

Удельная энергоемкость современных литий-ионных батарей достигает 200 Вт*ч/кг. В среднем этого хватает лишь на 150 километров пробега без подзарядки, что не идет ни в какое сравнение с пробегом на одной заправке автомобилей с обычным ДВС. Чтобы электромобили стали массовыми, они должны иметь сопоставимый пробег. Для этого нужно довести удельную энергоемкость батарей хотя бы до 350-400 Вт*ч/кг. Описанные ниже перспективные типы батарей смогут ее обеспечить, хотя в каждом случае есть свои “но”.

Литий-серные батареи отличает большая удельная емкость, которая является следствием того, что в процессе химической реакции каждая молекула отдает не один, а два свободных электрона. Их теоретическая удельная энергия составляет 2600 Вт*ч/кг. Кроме того, такие батареи существенно дешевле и безопаснее литий-ионных.

Базовая Li-S батарея состоит из литиевого анода, серно-углеродного катода и электролита, через который проходят ионы лития. При разряде происходит химическая реакция, в ходе которой литий анода превращается в сульфид лития, осаждающийся на катоде. Напряжение батареи составляет от 1,7 до 2,5 В, в зависимости от степени разряда батареи. Полисульфиды лития, образующиеся в ходе реакции, оказывают влияние на вольтаж батареи.

Химическая реакция в батарее сопровождается рядом негативных побочных явлений. Когда сера катода поглощает ионы лития из электролита, образуется сульфид лития Li 2 S, который осаждается на катоде. При этом его объем увеличивается на 76%. При заряде происходит обратная реакция, приводящая к уменьшению размеров катода. Вследствие этого катод испытывает значительные механические перегрузки, приводящие к его повреждению и потере контакта с токоприемником. Кроме того, Li 2 S ухудшает электрический контакт в катоде между серой и углеродом (путь, по которому движутся электроны) и препятствует протеканию ионов лития к поверхности серы.

Другая проблема связана с тем, что в процессе реакции между серой и литием Li 2 S образуется не сразу, а через серию превращений, в ходе которых образуются полисульфиды (Li 2 S 8 , Li 2 S 6 и др. ). Но если сера и Li 2 S нерастворимы в электролите, то полисульфиды – наоборот, растворяются. Это приводит к постепенному уменьшению количества серы на катоде. Еще одна неприятность – появление шероховатостей на поверхности литиевого анода при прохождении больших разрядных и зарядных токов. Все это, вместе взятое, приводило к тому, что такая батарея выдерживала не более 50-60 циклов разряда-заряда и делало ее непригодной для практического использования.


Однако последние разработки американцев из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли позволили преодолеть эти недостатки. Ими создан уникальный катод из нанокомпозитного материала (оксида графена и серы), целостность которого поддерживается с помощью эластичного полимерного покрытия. Поэтому изменение размеров катода в ходе разряда-заряда не приводит к его разрушению. Для защиты серы от растворения применяется ПАВ (поверхностно активное вещество). Так как ПАВ является катионным (т.е. притягивается к поверхности слоя серы), оно не препятствует литиевым анионам реагировать с серой, но не позволяет образовавшимся при этом полисульфидам растворяться в электролите, удерживая их под своим слоем. Также разработан новый электролит на основе ионной жидкости, в которой не растворяются полисульфиды. Ионная жидкость и намного безопаснее – она не горит и почти не испаряется.

В результате всех описанных нововведений значительно повышается производительность батареи. Ее начальная удельная энергия составляет 500 Вт*ч/кг, что более чем в два раза превышает показатель Li-ion батарей. После 1500 20-часовых циклов разряда-заряда (С=0,05) ее удельная энергия снизилась до уровня свежей Li-ion батареи. После 1500 1-часовых циклов (С=1) снижение составило 40-50%, но батарея по-прежнему сохранила работоспособность. Когда же батарею испытывали при большой мощности, подвергая 10-минутному циклу разряда-заряда (С=6), то даже после 150 таких циклов ее удельная энергия превышала удельную энергию свежей Li-ion батареи.

Предполагаемая цена такой Li-S батареи не превысит 100$ за каждый кВт*ч емкости. Многие инновации, предложенные командой исследователей из Беркли, могут быть использованы и для улучшения существующих Li-ion батарей. Для создания практической конструкции LiS батареи разработчики ищут партнёров, которые профинансируют окончательную ее доводку.

Литий-титанатовые батареи

Самая большая проблема современных литий-ионных батарей – это низкая эффективность, связанная в первую очередь с тем, что материалы, хранящие энергию, занимают только 25% объема аккумулятора. Остальные 75% приходятся на инертные материалы: корпус, проводящие пленки, клей и т.д. Из-за этого современные батареи слишком громоздкие и дорогостоящие. Новая технология предполагает значительное сокращение “бесполезных” материалов в конструкции аккумулятора.

Новейшие литий-титанатовые батареи помогли преодолеть еще один недостаток Li-ion аккумуляторов – их недолговечность и длительность подзарядки. В ходе исследований было обнаружено, что при зарядке большими токами ионы лития вынуждены «продираться» между микропластинками графита, тем самым постепенно разрушая электроды. Поэтому графит в электродах заменили структурами из наночастиц титаната лития. Они не мешают движению ионов, что в итоге привело к фантастическому увеличению срока службы – более 15000 циклов в течение 12 лет! Время зарядки с 6-8 часов сокращается до 10-15 минут. Дополнительные преимущества – термостабильность и меньшая токсичность.

По расчетам экспертов, новые батареи будут иметь плотность энергии, в два раза превышающую самые лучшие показатели современных литий-ионных аккумуляторов. Таким образом, при неизменной дальности хода электромобиля его аккумулятор будет легче, а при той же массе – значительно увеличится запас хода. Если удастся запустить новую батарею в серию, то пробег компактных электромобилей (которые не могут оснащаться большой тяжелой батареей) в среднем возрастет с 150 км до 300 км на одной зарядке. При этом новые батареи будут наполовину дешевле нынешних – всего 250 долл. за кВт/ч.

Литий-воздушные батареи

Технологии не стоят на месте, и ученые уже работают над созданием практической конструкции литий-воздушного (LiO 2) аккумулятора. Его теоретическая энергетическая емкость выше в 8-10 раз, чем у литиево-ионного. Для того чтобы уменьшить вес батареи, сохранив при этом, или даже увеличив ее емкость, ученые предложили радикальное решение – отказ от традиционного катода: литий будет взаимодействовать непосредственно с кислородом из воздуха. Благодаря каталитическому воздушному катоду предполагается не просто увеличить энергоемкость аккумулятора, но и уменьшить почти во столько же раз его объем и вес.

Для массового производства литий-воздушная технология требует решения множества технических и научных задач, среди которых создание эффективного катализатора, литиевого анода и стабильного твердого электролита, способного работать при низких температурах (до -50C). Кроме того, нужно разработать технику нанесения катализатора на поверхность катода, создать мембрану, которая бы предотвращала проникновение кислорода на литиевый анод, а также разработать методы изготовления специальных пористых электродов.

Многие считают, что будущее автомобилестроения именно за электрокарами. За границей существуют законопроекты, по которым часть ежегодно продаваемых автомобилей должны либо быть гибридами, либо работать на электричестве, поэтому деньги вкладываются не только в рекламу таких авто, но и в постройку заправок.

Однако многие люди все-таки ждут, когда электрокары станут настоящими соперниками традиционным автомобилям. А может, это будет, когда время зарядки уменьшится, а время автономной работы увеличится? Возможно, в этом человечеству помогут графеновые аккумуляторы.

Что такое графен?

Революционный материал нового поколения, самый легкий и прочный, самый электропроводящий — все это о графене, который является не чем иным, как двумерной углеродной решеткой толщиной в один атом. Создатели графена, Константин Новоселов и получили Нобелевскую премию. Обычно между открытием и началом практического использования этого открытия на практике проходит продолжительное время, иногда даже десятки лет, однако графен такая участь не постигла. Возможно, это связано с тем, что Новоселов и Гейм не утаили технологию его производства.

Они не только рассказали о ней всему миру, но и показали: есть видео на YouTube, где Константин Новоселов подробно рассказывает об этой технологии. Поэтому, возможно, скоро мы сможем даже делать графеновые аккумуляторы своими руками.

Разработки

Попытки применения графена были практически во всех областях науки. Его пробовали в солнечных батареях, наушниках, корпусах и даже пытались лечить рак. Однако на данный момент одна из самых перспективных и нужных человечеству вещей — это графеновый аккумулятор. Напомним, что при таком неоспоримом преимуществе, как дешевое и экологичное топливо, электромобили имеют серьезный недостаток — относительно небольшую максимальную скорость и запас хода не более трехсот километров.

Решение проблемы века

Графеновый аккумулятор работает по тому же принципу, что и свинцовые с щелочным или кислотным электролитом. Этим принципом является электрохимическая реакция. По устройству графеновый аккумулятор схож с литиево-ионным с твердым электролитом, в котором катодом является угольный кокс, близкий по составу к чистому углероду.

Однако уже сейчас среди инженеров, разрабатывающих графеновые аккумуляторы, есть два принципиально разных направления. В США ученые предложили делать катод из пластин графена и кремния, перемежающихся между собой, а анод — из классического кобальта лития. Российские инженеры нашли другое решение. Токсичная и дорогая литиевая соль может быть заменена более экологичным и дешевым оксидом магния. Емкость аккумулятора увеличивается в любом случае за счет повышения скорости прохождения ионов от одного электрода к другому. Это достигается вследствие того, что графен обладает высоким показателем электрической проницаемости и способностью к накоплению электрического заряда.

Мнения ученых относительно инноваций разделяются: российские инженеры утверждают, что графеновые аккумуляторы имеют емкость в два раза больше, чем литий-ионные, а вот их зарубежные коллеги утверждают, что в десять.

Графеновые аккумуляторы запущены в массовое производство в 2015 году. К примеру, этим занимается испанская компания Graphenano. По словам производителя, использование этих аккумуляторов в электрокарах на логистических площадках показывает реальные практические возможности батареи с графеновым катодом. Для полной зарядки ему требуется всего восемь минут. Максимальную длину пробега также способны увеличить графеновые аккумуляторы. Зарядка на 1000 км вместо трехсот — вот что хочет предложить потребителю корпорация Graphenano.

Испания и Китай

С Graphenano сотрудничает китайская компания Chint, которая купила 10 % акций испанской корпорации за 18 миллионов евро. На совместные средства будет осуществляться постройка завода с двадцатью производственными линиями. Проект уже получил около 30 миллионов инвестиций, которые будут вложены в установку оборудования и наем сотрудников. По первоначальному плану завод должен был начать выпускать около 80 миллионов батарей. На начальном этапе основным рынком должен стать Китай, а затем планировалось начало поставок в другие страны.

На втором этапе компания Chint готова инвестировать 350 миллионов евро для постройки еще одного завода, на котором будет около пяти тысяч сотрудников. Такие цифры неудивительны, если учесть, что суммарный доход будет составлять около трех миллиардов евро. К тому же Китай, известный своими проблемами с экологией, будет обеспечен экологичным и дешевым «топливом». Однако, как мы можем наблюдать, кроме громких заявлений, свет не увидел ничего, только тестовые модели. Хотя корпорация Volkswagen тоже объявила о своем намерении сотрудничать с Graphenano.

Ожидания и реальность

На дворе 2017 год, а это значит, что Graphenano занимаются «массовым» производством аккумуляторов уже два года, однако встретить электромобиль на дороге — большая редкость не только для России. Все характеристики и данные, обнародованные корпорацией, довольно неопределенны. В целом они никак не выходят за рамки общепринятых теоретических представлений о том, какими параметрами должен обладать графеновый аккумулятор для электромобиля.

К тому же до сих пор все, что было представлено как потребителям, так и инвесторам, — это только компьютерные модели, никаких настоящих прототипов. Добавляет проблем и то, что графен — материал, который очень дорог в производстве. Несмотря на громкие заявления ученых о том, как его можно будет «печатать на коленке», на данном этапе снизить удается только стоимость некоторых компонентов.

Графен и мировой рынок

Сторонники всяческих теорий заговоров скажут, что никому не выгодно появление такого автомобиля, потому что тогда нефть уйдет на задний план, а значит, сократятся и доходы от ее добычи. Однако, скорее всего, инженеры столкнулись с какими-то проблемами, но не хотят это афишировать. Слово «графен» сейчас на слуху, многие считают его поэтому, возможно, ученым не хочется портить его славу.

Проблемы в разработках

Однако дело может быть и в том, что материал действительно инновационный, поэтому подхода требует соответствующего. Возможно, аккумуляторы с использованием графена должны быть принципиально отличными от традиционных литий-ионных или литий-полимерных.

Существует и еще одна теория. Корпорация Graphenano заявила, что новые аккумуляторы заряжаются всего за восемь минут. Специалисты подтверждают, что это действительно возможно, только мощность источника питания должна быть не менее одного мегаватта, что возможно в тестовых условиях на заводе, но никак не в домашних. Постройка достаточного количества заправок с такой мощностью будет стоить огромных денег, цена одной подзарядки будет довольно высока, поэтому графеновый аккумулятор для авто не принесет никакой выгоды.

Практика показывает, что революционные технологии достаточно долго встраиваются в мировой рынок. Необходимо провести множество тестов, чтобы убедиться в безопасности продукта, поэтому выход новых технологических устройств порой затягивается на долгие годы.

Более 200 лет назад немецким физиком Вильгельмом Риттером был создан первый в мире аккумулятор. По сравнению с уже существующей тогда батареей А. Вольты, накопительное устройство Вильгельма можно было многократно заряжать‒разряжать. В течение двух столетий аккумулятор электричества сильно изменился, но в отличие от «колеса» его продолжают изобретать и по сей день. Сегодня новые технологии в производстве аккумуляторов продиктованы появлением новейших устройств, нуждающихся в автономном питании. Новые и более мощные гаджеты, электромобили, летающие дроны ‒ все эти устройства требуют небольших по размерам, легких, но более емких и долговечных аккумуляторных батарей.

Принципиальное устройство аккумулятора можно описать в двух словах – это электроды и электролит. Именно от материала электродов и состава электролита зависят характеристики аккумулятора и определяется его тип. В настоящее время существует более 33 типов переряжаемых источников электропитания, но наиболее применяемые из них:

  • свинцово-кислотные;
  • никель-кадмиевые;
  • никель-металл-гидридные;
  • литий-ионные;
  • литий-полимерные;
  • никель-цинковые.

Работа любого из них заключается в обратимой химической реакции, то есть происходящая при разрядке реакция восстанавливается при зарядке.

Область применения аккумуляторов довольно широка и в зависимости от вида устройства, которое от него работает, к батарее питания предъявляются определенные требования. Например, для гаджетов он должен быть легким, минимально габаритным и иметь достаточно большую емкость. Для электроинструмента или летающего дрона важен ток отдачи, так как потребление электрического тока достаточно высокое. При этом есть требования, которые предъявляются ко всем элементам питания – это высокая емкость и ресурс циклов зарядки.

Над этим вопросом работают ученые во всем мире, проводится масса исследований и испытаний. К сожалению, многие образцы, показавшие превосходные электрические и эксплуатационные результаты, оказались слишком дорогими по стоимости и не были запущены в серийное производство. С технической стороны, лучшими материалами для создания аккумуляторов становятся серебро и золото, а с экономической ‒ цена такого изделия будет недоступна для потребителя. При этом поиск новых решений не прекращается и первым значимым прорывом стал литий-ионный аккумулятор.

Впервые он был представлен в 1991 году японской компанией Sony. Батарея характеризовалась высокой плотностью и низким саморазрядом. При этом у неё были недостатки.

Первое поколение таких источников питания было взрывоопасным. Со временем эксплуатации на аноде накапливались дендриды, которые приводили к замыканию и возгоранию. В процессе усовершенствования в следующем поколении применили графитный анод и этот недостаток был устранен.

Вторым минусом стал эффект памяти. При постоянной неполной зарядке аккумуляторная батарея теряла емкость. Работа над устранением этого недостатка была дополнена новой тенденцией стремления к миниатюризации. Желание создавать ультратонкие смартфоны, ультрабуки и другие устройства требовало от науки разработок нового источника питания. К тому же уже устаревшая ионно-литиевая батарея не удовлетворяла запросы моделистов, которым нужен был новый источник электричества с гораздо большей плотностью и высоким током отдачи.

В результате в литий-ионной модели был применен полимерный электролит, а эффект превзошел все ожидания.

Усовершенствованная модель не только была лишена эффекта памяти, но и в разы превосходила своего предшественника по всем параметрам. Впервые удалось создать батарею толщиной всего в 1 мм. При этом её формат мог быть самым разнообразным. Такие элементы питания стали пользоваться большим спросом сразу и у моделистов, и у производителей мобильных телефонов.

Но недостатки все же были. Элемент оказался пожароопасным, при перезарядке нагревался и мог воспламениться. Современные полимерные батареи оснащаются встроенной схемой, предотвращающей перезаряд. Рекомендуется также заряжать их только специальными зарядными устройствами, идущими в комплекте или аналогичными моделями.

Не менее важная характеристика элемента питания – себестоимость. На сегодня это самая большая проблема на пути развития аккумуляторов.

Питание электромобиля

Компания Тесла Моторс создает аккумуляторы по новым технологиям на основе комплектующих торговой марки Панасоник. Окончательно секрет не раскрывается, а вот результат испытаний радует. Экомобиль Tesla Model S, оснащенный аккумулятором всего 85 кВт*ч, на одном заряде проехал чуть больше 400 км. Конечно, мир не без любознательных, поэтому одну из таких батарей, стоимостью 45 000 USD, все же вскрыли.

Внутри оказалось множество литий-ионных ячеек Панасоник. При этом вскрытие не дало всех ответов, которые хотелось бы получить.

Технологии будущего

Несмотря на длительный период застоя, наука находится на грани великого прорыва. Вполне возможно уже завтра мобильный телефон будет работать месяц без подзарядки, а электромобиль преодолевать по 800 км на одном заряде.

Нанотехнологии

Ученые Южно-Калифорнийского университета утверждают, что замена графитовых анодов на кремниевые провода диаметром 100 нм увеличит емкость батареи в 3 раза, а время зарядки сократит до 10 минут.

В Стэнфордском университете предложили принципиально новый вид анодов. Пористые углеродные нанопровода, покрытые серой. По их утверждению такой источник питания аккумулирует в 4-5 раз больше электроэнергии, чем Li-ion батарея.

Ученый из США Дэвид Кизайлус заявил, что аккумуляторные батареи на основе кристаллов магнетита будут не только более ёмкими, но и сравнительно дешевыми. Ведь добывать эти кристаллы можно из зубов панцирного моллюска.

Учёные Вашингтонского университета смотрят на вещи более практично. Они уже запатентовали новые технологии для аккумуляторов, в которых вместо графитного электрода применен анод из олова. Все остальное не изменится и новые батареи смогут легко заменить старые в наших привычных гаджетах.

Революция уже сегодня

Снова электромобили. Пока они еще уступают автомобилям по мощности и пробегу, но это ненадолго. Так утверждают представители корпорации IBM, которые предложили концепцию литий-воздушных аккумуляторов. Более того, новый превосходящий по всем параметрам источник питания обещано представить потребителю уже в этом году.

А сегодня расскажем о воображаемых — с гигантской удельной ёмкостью и мгновенной зарядкой. Новости о подобных разработках появляются с завидной регулярностью, но будущее пока не наступило, и мы всё ещё пользуемся появившимися в начале позапрошлого десятилетия литий-ионными аккумуляторами, либо их чуть более совершенными литий-полимерными аналогами. Так в чём же дело, в технологических трудностях, неправильной интерпретации слов учёных или чём-то другом? Попробуем разобраться.

В погоне за скоростью зарядки

Один из параметров аккумуляторов, который учёные и крупные компании постоянно стараются улучшить — скорость зарядки. Однако бесконечно увеличивать её не получится даже не в силу химических законов протекающих в аккумуляторах реакций (тем более, что разработчики алюминий-ионных батарей уже заявили, что такой тип аккумуляторов может быть полностью заряжен всего за секунду), а из-за физических ограничений. Пусть у нас есть смартфон с батареей ёмкостью 3000 мАч и поддержкой быстрой зарядки. Полностью зарядить такой гаджет можно в течение часа силой тока в среднем 3 А (в среднем потому, что напряжение при заряде изменяется). Однако если мы хотим получить полный заряд всего за одну минуту, потребуется сила тока уже в 180 А без учёта различных потерь. Для заряда устройства таким током потребуется провод диаметром около 9 мм — в два раза толще самого смартфона. Да и силу тока 180 А при напряжении около 5 В обычное зарядное устройство выдать не сможет: владельцам смартфонов понадобится импульсный преобразователь тока вроде того, что изображён на фотографии ниже.

Альтернатива увеличению силы тока — увеличение напряжения. Но оно, как правило, фиксированное, и для литий-ионный батарей составляет 3,7 В. Конечно, его можно превышать — зарядка по технологии Quick Charge 3.0 идёт с напряжением до 20 В, но попытка зарядить батарею напряжением около 220 В ни к чему хорошему не приведёт, и решить эту проблему в ближайшее время не представляется возможным. Современные элементы питания просто не могут использовать такое напряжение.

Вечные аккумуляторы

Разумеется, речь сейчас пойдёт не о «вечном двигателе», а об аккумуляторах с долгим сроком службы. Современные литий-ионные батареи для смартфонов способны выдержать максимум пару лет активного использования устройств, после чего их ёмкость неуклонно падает. Владельцам смартфонов со съёмными аккумуляторами повезло немного больше, чем другим, но и в этом случае стоит убедиться, что аккумулятор был произведён недавно: литий-ионные батарей деградируют даже тогда, когда не используются.

Своё решение этой проблемы предложили учёные Стэнфордского университета: покрыть электроды существующих типов литий-ионных аккумуляторов полимерным материалом с добавлением наночастиц графита. По задумке учёных, это позволит защитить электроды, которые неизбежно покрываются микротрещинами в процессе эксплуатации, а те же микротрещины в полимерном материале будут затягиваться самостоятельно. Принцип действия такого материала похож на технологию, применённую в смартфоне LG G Flex с самовосстанавливающейся задней крышкой.

Переход в третье измерение

В 2013 году появилось сообщение о разработке исследователями университета штата Иллинойс нового типа литий-ионных аккумуляторов. Учёные заявили, что удельная мощность таких элементов питания составит до 1000 мВт/(см*мм), в то время как удельная мощность обычных литий-ионных батарей колеблется между 10-100 мВт/(см*мм). Были использованы именно такие единицы измерения, поскольку речь идёт о достаточно небольших структурах толщиной в десятки нанометров.

Вместо плоских анода и катода, применяемых в традиционных Li-Ion батарей, учёные предложили использовать объёмные структуры: кристаллическую решётку из сульфида никеля на пористом никеле в качестве анода и литий-диоксид марганца на пористом никеле в качестве катода.

Несмотря на все сомнения, вызванные отсутствием в первых пресс-релизах точных параметров новых аккумуляторов, а также не представленные до сих пор прототипы, новый тип батарей всё же реален. Подтверждением тому служат несколько научных статей на эту тему, опубликованных за последние два года. Тем не менее, если такие батареи и станут доступны для конечных потребителей, произойдёт это очень нескоро.

Зарядка через экран

Учёные и инженеры пытаются продлить жизнь наших гаджетов не только поиском новых типов аккумуляторов или увеличением их энергоэффективности, но и довольно необычными способами. Исследователи университета штата Мичиган предложили встроить прозрачные солнечные панели прямо в экран. Поскольку принцип работы таких панелей основан на поглощении ими солнечного излучения, чтобы сделать их прозрачными, учёным пришлось пойти на хитрость: материал панелей нового типа поглощает только невидимое излучение (инфракрасное и ультрафиолетовое), после чего фотоны, отражаясь от широких граней стекла, поглощаются узкими полосками солнечных панелей традиционного типа, находящихся по его краям.

Главным препятствием для внедрения такой технологии является низкий КПД таких панелей — всего 1% против 25% традиционных солнечных панелей. Сейчас учёные ищут способы увеличить КПД хотя бы до 5%, но быстрого решения этой проблемы вряд ли стоит ожидать. К слову, похожую технологию недавно запатентовала компания Apple, но пока неизвестно, где именно в своих устройствах производитель расположит солнечные панели.

До этого мы под словами «батарея» и «аккумулятор» мы подразумевали перезаряжаемый элемент питания, но некоторые исследователи считают, что в гаджетах вполне можно использовать одноразовые источники напряжения. В качестве батареек, которые могли бы работать без подзарядки или другого обслуживания несколько лет (а то и несколько десятков лет) учёные университета штата Миссури предложили использовать РИТЭГ — радиоизотопные термоэлектрические генераторы. Принцип действия РИТЭГ основан на преобразовании выделяющегося в процессе радиораспада тепла в электричество. Многим такие установки известны по использованию в космосе и труднодоступных местах на Земле, но в США миниатюрные радиоизотопные батарейки также применялись в кардиостимуляторах.

Работа над улучшенным типом таких батарей ведётся с 2009 года и даже были показаны прототипы таких элементов питания. Но увидеть радиоизотопные батарейки в смартфонах в ближайшей перспективе мы не сможем: они дороги в производстве, и, к тому же, многие страны имеют строгие ограничения на производство и оборот радиоактивных материалов.

В качестве одноразовых батареек также можно использовать и водородные элементы, но их в смартфонах использовать не получится. Водородные батареи расходуются довольно быстро: хотя ваш гаджет и будет работать от одного картриджа дольше, чем от одного заряда обычной батареи, их придётся периодически менять. Впрочем, это не мешает использовать водородные батареи в электромобилях и даже внешних аккумуляторах: пока это не массовые устройства, но уже и не прототипы. Да и компания Apple, по слухам, уже разрабатывает систему дозаправки картриджей водородом без их замены для использования в будущих iPhone.

Идея о том, что на основе графена можно создать аккумулятор с высокой удельной ёмкостью, была выдвинута ещё в 2012 году. И вот, в начале этого года в Испании было объявлено о начале строительства компанией Graphenano завода по производству графен-полимерых аккумуляторов для электромобилей. Новый тип батарей почти в четыре раза дешевле в производстве, чем традиционные литий-полимерные аккумуляторы, имеет удельную ёмкость 600 Втч/кг, а зарядить такую батарею на 50 кВтч можно будет всего за 8 минут. Правда, как мы говорили в самом начале, для этого потребуется мощность около 1 МВт, поэтому подобный показатель достижим лишь в теории. Когда именно завод начнёт выпускать первые графен-полимерные батареи не сообщается, но вполне возможно, что среди покупателей его продукции будет Volkswagen. Концерн уже заявил о планах выпуска электромобилей с пробегом до 700 километров от одного заряда аккумуляторов к 2018 году.

Что касается мобильных устройств, то пока применению в них графен-полимерных аккумуляторов мешают большие габариты таких батарей. Будем надеяться, что исследования в этой области продолжатся, ведь графен-полимерные аккумуляторы — один из наиболее перспективных типов аккумуляторов, которые могут появиться уже в ближайшие годы.

Так всё же, почему, несмотря на весь оптимизм учёных и регулярно появляющиеся новости о прорывах в области сохранения электроэнергии, мы сейчас наблюдаем застой? В первую очередь, дело в наших завышенных ожиданиях, которые только подогреваются журналистами. Мы хотим верить, что вот-вот и произойдёт революция в мире аккумуляторов, и мы получим батарейку с зарядкой менее, чем за минуту, и практически неограниченным сроком службы, от которой современный смартфон с восьмиядерным процессором будет работать минимум неделю. Но таких прорывов, увы, не бывает. Вводу в массовое производство любой новой технологии предшествуют долгие годы научных исследований, испытаний образцов, разработка новых материалов и технологических процессов и другая работа, занимающая достаточно много времени. В конце концов, тем же литий-ионным аккумуляторам понадобилось около пяти лет, чтобы из инженерных образцов превратиться в готовые устройства, которые можно использовать в телефонах.

Поэтому, нам остаётся только запасаться терпением и не воспринимать новости о новых элементах питания близко к сердцу. По крайней мере, пока не появятся новости об их запуске в массовое производство, когда не останется никаких сомнений о жизнеспособности новой технологии.

Началось производство революционных высокоёмких графеновых аккумуляторов: новости, технологии, аккумулятор, новинка

Американский стартап-проект Real Graphene однажды заявил о намерениях при помощи графена создать новый тип более долговечного аккумулятора.

По замыслу разработчиков технология позволила бы заряжать такие АКБ намного быстрее.

Как оказалось, инженеры компании Real Graphene не блефовали и действительно представили обещанную технологию графеновых батарей.

Революционная новинка уже готова для массового использования.

До настоящего времени графен представлял собой технологию будущего, но уже теперь создан новый тип аккумулятора, который способен заряжаться намного быстрее, являясь более мощным, и может прослужить значительно дольше.

В настоящее время разработчики намерены использовать графен, для того чтобы повысить эффективность существующих литий-ионных аккумуляторов.

Для этого специалистам потребовалось в состав традиционных батарей добавить графеновый слой, а также смешать литий с графеном.

Графен по своим свойствам является превосходным проводником тепла и электричества.

По сравнению с ним литий является более привередливым.

Литиевым элементам не нравятся очень высокие и очень низкие температуры.

Благодаря тому, что технология предусматривает как смешивание графена с литием, так и дополнительный графеновый слой, литиевая батарея обретает новые свойства.

Добавленный графен действует как проводник электричества и не допускает перегревания элемента.

За счет улучшенной проводимости электричества и уменьшенного нагрева, сокращается время полной зарядки стандартного аккумулятора до 20 минут, а также продлевается срок жизни батареи до 1500 циклов перезарядки.

Известно, что графен очень дорогой материал, а его использование, безусловно, скажется на стоимости таких батарей.

Что, в конечном счете, отразится на стоимости самого мобильного устройства не меньше чем на 30 %.

Однако разработчики уверены, что многие современные пользователи будут готовы заплатить большую сумму, для того чтобы получить устройство, которое прослужит дольше и не будет таким энергозатратным.

Разработчики заявляют, что полная зарядка графеновой батареи емкостью 3000 мАч будет занимать около 20 минут, если использовать зарядное устройство мощностью 60 Вт.

Для зарядки литий-ионной батареи потребовалось бы в среднем около 90 минут.

Кроме того, большинство современных аккумуляторов выдерживает от 300 до 500 циклов зарядки, в то время как батареи Real Graphene — около 1500 циклов.

Не так давно разработчики приступили к тестовому производству первых графеновых аккумуляторов.

Также сообщается, что уже некоторые производители приступили к тестированию представленной новинки.

Компания Real Graphene готова заключить контракт с любым из производителей мобильных устройств.

В качестве наиболее перспективного варианта развития событий разработчики видят сделку на поставку ограниченной партии аккумуляторов для флагманских устройств премиум-класса.

Уже сейчас компания начала продажи первых Power Real Graphene.

Эксперты утверждают, что пока предъявленная новинка не показывает каких-то выдающихся качеств.

Руководство компании комментирует такое явление тем, что рассчитывать на эффективные показатели можно только в устройствах следующего поколения как G-100 с батареей на 10 000 мА/ч, который будет заряжаться за 20 минут.

Также будет представлено устройство G-100 Max с батареей на 20 000 мА/ч и временем зарядки 40 минут.

Производство новых «павербанков» должно начаться посредством краудфандинговой платформы.

Об этом будет объявлено уже в ближайшие недели.

В качестве перспективных разработок, инженеры Real Graphene работают над созданием небольших графеновых батарей для установки в умные часы, а также батарей для гольф-каров.

Фото: Pixabay

Автор: Игорь Зур

4 отличных метода производства графена в домашних условиях, а также основы графена

Что такое графен?

Графен представляет собой однослойный углеродный полимер.

Графен состоит из чистого углерода. Это материал, в котором атомы углерода расположены в один слой, образуя соты. Следует подчеркнуть, что этот слой углерода имеет толщину всего в один атом, хотя некоторые авторы считают графеном до десяти слоев углерода. Если бы мы наложили друг на друга десять или более слоев графена, полученное вещество назвали бы графитом, который мы используем в грифелях карандашей.

Термин «графен» ввел Ханнс-Питер Бём. Некоторые ученые называют графен фразой «полупроводник с нулевой запрещенной зоной». Он также известен под вариантами написания, такими как графен и графен, но они неверны в английском языке, хотя они могут быть допустимы в других языках.

Если вы заинтересованы в создании собственного графена, прокрутите вниз до раздела «Как сделать графен дома» или посетите отдельную страницу только с инструкциями по графену своими руками.Вы, вероятно, захотите прокрутить вниз, если вы уже слышали о производстве графена с помощью DVD-привода Lightscribe, но вам нужен оксид графита в качестве отправной точки. Если вы хотите инвестировать в графен или технологию, связанную с графеном, ознакомьтесь с разделом «Как инвестировать в графен».

Открытие графена

Теоретически графен был предсказан Филипом Р. Уоллесом в его работе под названием «Полосная теория графита», опубликованной в Physical Review в 1947 году.Графен был открыт в 2003 году Андреем Геймом и Костей Новоселовым в Манчестерском университете, а результаты были опубликованы в 2004 году. За эту работу они были удостоены Нобелевской премии 2010 года. Чтобы прояснить это, хотя графен успешно выращивался на различных монокристаллических подложках с 1970-х годов, только в 2003 году графен был окончательно выделен в свободной форме. Интересно знать, что использовали обычные липкие лента для производства небольшого количества графена.Это очень важно, потому что электрические и физические свойства графена значительно отличаются, когда он находится в свободном состоянии. в отличие от того, чтобы быть связанным с поддерживающей кристаллической структурой.

Свойства графена

Графен обладает рядом очень интересных свойств. Как мы узнали, графен представляет собой сотовую структуру, состоящую исключительно из атомов углерода. Мы делаем все возможное, чтобы объяснить эти свойства с точки зрения непрофессионала. Если вы предпочитаете сами видеть цифры вместе с нашими источниками, пожалуйста посетите нашу страницу о свойствах графена.Эта страница может пригодиться если вы проводите какое-то научное исследование или просто хотите узнать, где найти точную информацию. Если не указано иное, Основное внимание в этой статье уделяется графену свободной формы.

Электронная транспортная система и мобильность электронов

Очень важным свойством графена является его уникальная система электронного транспорта и, как следствие, высокая подвижность электронов. Подвижность электронов описывает, насколько быстро электрон может двигаться через материал.Металлы и полупроводники представляют особый интерес из-за их использования в электронике.

Скорость электрона ограничена взаимодействием с кристаллической решеткой. С точки зрения непрофессионала, когда электрон движется через материал, он сталкивается с атомами, из которых состоит материал, и эти столкновения замедляют электрон, ограничивая его максимальную скорость (тем самым нагревая материал, создавая кошмары для инженеров, работающих над этим). Реальность, конечно, немного сложнее, но этого приближения достаточно для нашего обсуждения.

В то время как кремний, являющийся основой современной микроэлектроники, имеет подвижность электронов 2/Vs, графен имеет подвижность электронов 200000 см 2 /Вс, что почти в 200 раз выше, чем у кремния. Это означает, что электроны движутся намного быстрее через графен.

Графен превосходит кремний по скорости

Судя только по этому факту, теоретически электронные устройства на основе графена могут работать почти в 200 раз быстрее, чем обычные устройства на основе кремния.Исследователям IBM удалось добиться частоты переключения до 280 ГГц в графеновом полевом транзисторе с длиной затвора 40 нм. Ученые ожидают, что в 2013 году частота среза графеновых полевых транзисторов достигнет 600 ГГц. в то время как теоретический предел составляет примерно до 10 ТГц, если длина затвора составляет несколько нм. Для сравнения, кремний-германиевые (SiGe) транзисторы достигают максимальной рабочей частоты менее 100 ГГц. Будем надеяться, что прорыв в графене поддержит закон Мура.

Низкое сопротивление

Еще одним свойством графена, тесно связанным с высокой подвижностью электронов, является его низкое удельное сопротивление.Удельное сопротивление листа графена составляет 10 -6 Ом*см. Чтобы представить это число в перспективе, удельное сопротивление графена ниже, чем удельное сопротивление серебра при комнатной температуре. Кстати, при комнатной температуре серебро было материалом с самым низким удельным сопротивлением, известным ученым — до тех пор, пока не появился графен.

Почему свободная форма графена лучше?

Графен произвольной формы действует как волновод для электронов. Это означает, что они могут свободно течь без столкновений. со скоростью примерно 1/10 скорости света в вакууме.Однако при выращивании графена на такой подложке, как SiO2, его электронная подвижность уменьшается в пять раз. Снижение подвижности электронов является следствием чувствительных электронных орбиталей графена, которые меняют форму при контакте с другими материалами. Вот почему ученые изучают способы более эффективного производства и взаимодействия с графеном произвольной формы.

Графен, вероятно, пока что звучит как довольно крутой материал. Если вы заинтересованы в создании собственного графена, прочитайте, как сделать графен, или просто продолжайте читать, информация находится ниже по странице.

Графеновые транзисторы и графеновая логика

Транзисторы в цифровых схемах имеют два разных состояния: ON и OFF (транзисторы на самом деле имеют несколько различных состояний, помимо ON и OFF, но эти два состояния представляют основной интерес в данном обсуждении). Чистый графен создает проблемы, проводя значительный ток даже в выключенном состоянии. Графен проводит ток в выключенном состоянии, потому что это полупроводник с нулевой запрещенной зоной. Полупроводник с нулевой запрещенной зоной не нуждается во внешнем электрическом поле, чтобы стать проводящим.Результат: графеновые логические элементы имеют высокое рассеивание статической мощности — они потребляют энергию как при включенном, так и при выключенном устройстве. Есть два подхода к решению этой проблемы: укоротить длину затвора или использовать легированный графен.

Графен можно легировать так же, как и кристалл кремния. При легировании ионами калия подвижность электронов может быть снижена до 20 раз. В таких случаях желаемым эффектом является контролируемое снижение подвижности электронов. Необходимы дополнительные исследования для выявления оптимальных легирующих примесей и их концентраций.

Самовосстанавливающиеся свойства

Одним из интересных свойств графена является самовосстановление. Это означает, что если мы удалим атом углерода из любого места внутри графенового листа, а затем подвергнуть лист атомам углерода или некоторым углеродсодержащим молекулам, одна из них идеально встанет на место, заполняя отверстие, созданное удаленным атомом углерода, и вписываясь в шестиугольный узор. Способность к самовосстановлению имеет большое значение для нанотехнологий, поскольку один случайный ион может пробить дыру в наноструктуре, сделав ее бесполезной.Если наноструктура способна к самовосстановлению, то она сможет противостоять суровым воздействиям окружающей среды.

Теплопроводность

Графен является чрезвычайно хорошим проводником тепла. На самом деле, он настолько эффективно проводит тепло, что можно разрезать кубик льда. с помощью графенового листа. Графен поглощает тепло ваших пальцев, когда вы держите его, и передает и концентрирует тепло в небольшой область, где графеновое «лезвие» соприкасается со льдом. Лед моментально тает, и по мере его таяния выделяется все больше и больше тепла. передается из вашей руки через графен и, наконец, в лед, который еще больше растапливает.

Относительная прочность материала по отношению к весу

Легкий материал на основе графена.

Этот захватывающий новый материал является одним из самых прочных материалов, известных науке. Благодаря толщине в один атом, графен может быть упакован в небольшой объем, сохраняя при этом чрезвычайно большую площадь поверхности. Один квадратный метр (10,7 квадратных футов) графена весит менее 1 миллиграмма. Это делает его материалом с превосходным соотношением веса к площади и площади к объему по сравнению с другими материалами с высокой удельной площадью.Несмотря на то, что он очень прочный, углеродный слой имеет толщину всего в один атом и легко ломается. Это делает работу с графеном сложная задача. Ученые разработали материалы на основе графена, которые используют уникальные свойства графена, делая его достаточно толстым, чтобы выдерживать гораздо более высокие нагрузки.

Как купить Графен?

Графен доступен у ряда онлайн- и офлайн-реселлеров. Цена графена на данный момент не очень привлекательна: около 300 долларов (ок.250 евро) за 1 грамм чистого 3-нм фильтрованного графенового нанопорошка. Конечно, ожидается, что цена на графен будет снижаться по мере увеличения числа производителей. Альтернативно, если вы хотите зарабатывать деньги, а не тратить их, взгляните на статью «Как инвестировать в графен».

Оказывается, многие читатели хотят сделать графен дома, так что вот спойлер: возможно создание небольших количеств самодельного графена своими руками! Однако, хотя это возможно, сделать значительные суммы непросто.Фактически, на момент написания этой статьи ученые до сих пор не знают, как эффективно производить графен в больших количествах и высокого качества, потому что технологические процессы еще не отработаны. Тем не менее, изготовить листы графена своими руками в небольших количествах довольно просто.

Биты, которые вы сможете изготовить в домашних условиях, будут иметь длину всего несколько нанометров, так что забудьте о макроскопических графеновых листах или полосках. Самый большой кусок графена, который вы можете сделать сами, это около 0.25 мм 2 (но их много наделаешь). Это ненамного больше площади точки в восклицательном знаке на этой веб-странице! В промышленных целях ученые изготавливают транзисторы с длиной затвора менее 25 нм… графен, хотя он кажется вам ничтожно маленьким, может быть использован для изготовления сотен транзисторов. Все еще заинтересованы в создании графена? Отлично, читайте дальше!

Метод 1: липкая лента

Первый метод «сделай сам» — использовать свинцовый карандаш для нанесения толстого слоя графита. на бумагу.Затем обычной липкой лентой снимите с бумаги слой графита. Используйте другой кусок липкой скотч для удаления слоя графита с первого скотча. Затем используйте третий кусок неиспользованной липкой ленты, чтобы удалить слой с второй кусок липкой ленты, и так далее. В конце концов слои графита будут становиться все тоньше и тоньше, и вы получите графен. который является однослойным графитом в строгом смысле, двухслойным или малослойным графитом (который в некоторых случаях действует почти как графен).Несмотря на то, что этот способ изготовления графена является лишь проверкой концепции, метод липкой ленты работает. Это требует терпения и времени, но это метод «сделай сам», который группа из Манчестера использовала в 2004 году. И помните, они на самом деле получили Нобелевскую премию за свою работу, так что нечего возиться с клейкой лентой!

Метод 2: Кухонный блендер

Группа ученых опубликовала свою статью 20 апреля 2014 года, в которой они описывают, как сделать графен, используя подход называется расслаиванием при сдвиге жидкости.Вы можете ознакомиться с аннотацией статьи здесь, но полная статья находится за платным доступом.

Отшелушивание сдвига в жидкостях начинается с высыпания порошкообразного кристалла в жидкость, а затем с помощью смесителя сдвига для разделения (отшелушивания). слоев материала из кристалла. Жидкость, используемая в таких процессах, выбирается таким образом, чтобы мелкие частицы графена не снова слипаются, и в результате получается жидкая суспензия графена. Затем суспензию можно высушить, чтобы получить графеновые нанохлопья, или его можно было бы непосредственно использовать в более поздних технологических процессах, таких как изготовление графеновых покрытий и других.

Итак, как сделать графен дома, используя этот метод? Ну а миксер-ножницы можно заменить кухонным блендером. (поскольку сдвиговое смешивание — это красивое слово для высокотехнологичного смешивания), а вместо специальных жидкостей можно использовать воду и средство для мытья посуды. Моющее средство добавляется, чтобы частицы не слипались, и действует как поверхностно-активное вещество. Отличным источником графитового порошка являются графитовые карандаши. Просто измельчите несколько грифелей карандаша и добавьте порошок в раствор моющего средства, а затем перемешайте некоторое время.Если у вас нет доступа к специальные микроскопы и другое оборудование, вы, вероятно, не сможете подтвердить наличие графена в растворе моющего средства, но есть быстрое эмпирическое правило, которое вы можете использовать для оценки размера частиц. Вообще говоря, если частицы графена слишком большие, они опустятся на дно сосуда, а если они меньше, то всплывут наверх. Наночастицы настолько малы, что они будут подвешены в середине воды, и это то, к чему вы стремитесь, если хотите сделать графен.После того, как вы сделаете достаточно графена частиц, вы можете отфильтровать суспензию и оставить ее сохнуть.

При этом, хотя этот метод получения графена был описан в упомянутой выше статье и сработал для исследователей, не стоит слишком волноваться о том, чтобы делать это дома таким образом. Это грязно и создает очень маленькие наночастиц графена, не то, что нужно. похвастаться перед друзьями, если только у вас нет высокотехнологичной лаборатории в подвале и вы не собираетесь использовать ее для изготовления графеновых транзисторов.С другой стороны, эта технология вместе с Отшелушивание жидкой фазы с помощью ультразвука может определить, как в будущем будет производиться графен в промышленных условиях, благодаря его масштабируемости.

Метод 3: DVD-рекордер — технология LightScribe

Чтобы сделать графен с помощью этого метода, в рецепте требуется компьютерный DVD-привод с технологией LightScribe, а также немного оксида графита. Вы можете получить оксид графита у производителя или сделать немного оксида графита дома для этот эксперимент.Если вы хотите узнать, как сделать оксид графита в домашних условиях, прокрутите вниз до следующего раздела .

Оксид графита растворим в воде, поэтому после смешивания с водой аккуратно вылейте его на DVD. диск. Убедитесь, что раствор оксида графита равномерно распределен по пластиковой поверхности диска. После решения высохнет и на диске образуется пленка оксида графита, поместите диск в дисковод DVD пленкой вниз. Используйте программное обеспечение LightScribe, чтобы записать слой оксида.Участки пленки, соприкасающиеся с лазерный луч будет превращен в графен. Лазерный луч вызывает химическое восстановление, которое превращает оксид графита в графен. Образовавшийся графеновый слой следует аккуратно снять с диска и разрезать на части соответствующего размера. куски. Эти детали можно использовать непосредственно для создания графенового суперконденсатора! Это, пожалуй, самый простой способ сделать графен дома, но он предполагает, что у вас есть доступ к оксид графита и привод Laserscribe.

Один читатель предположил, что DVD-лазер LightScribe можно заменить простой ксеноновой вспышкой. Если у вас есть фотовспышка, вы также можете попробовать этот подход и сообщить нам о результатах по адресу «связаться с нашим доменом сайта». Еще один совет: НЕ делайте этого если вас не устраивает аннулирование гарантии на DVD-рекордер.

Метод 4: Формирование пленки на границе раздела гептан-вода

Нефть плавает на воде.

Это новейший рецепт самодельного графена, который мы слышали до сих пор.Сначала потребуется немного физики жидкости, чтобы объяснить, что здесь происходит. Если вы нальете нерастворимую в воде жидкость в воду, она либо будет плавать поверх воды, либо вода будет плавать поверх нее, в зависимости от того, тяжелее ли добавленная жидкость (более плотная) или легче (менее плотная), чем вода. Типичный пример — нефтяное плавание. над водой (см. изображение).

Одна группа ученых [1] обнаружила, что можно получить графен, залив два растворителя, которые не не смешивайте вместе, например, гептан и воду, в стакан, добавляя мелко измельченный графитовый порошок и помещая его в ванну для обработки ультразвуком.Вы можете купить гептан в большинстве магазинов химикатов, вода легкодоступна (рекомендуется использовать дистиллированную воду), и вы можете легко получить графитовые палочки в художественных магазинах. Нужна ультразвуковая ванна, но это не редкость на ebay и тому подобное. Полученный графен имеет толщину от одного до четырех слоев и химически стабилен. Его можно извлечь и нанести на чистую стеклянную пластину, или любой другой субстрат.

Графен на границе вода-гептан.

Идея состоит в том, чтобы смешать мелкоизмельченный графит с водой и гептаном (соотношение воды и гептана 1:1) и некоторое время обработать его ультразвуком.Далее происходит то, что графитовые чешуйки отслаиваются на границе раздела воды и гептана, и графен фактически начинает «карабкаться». вверх по стеклянным стенкам флакона. Если гидрофильный субстрат, такой как предметное стекло, ввести через интерфейс, тонкая пленка графена также будет карабкаться по стенкам слайда. Затем предметное стекло можно извлечь, и после высыхания у вас останется стекло с графеновым покрытием. Если использовать полиэтиленовый флакон, то полученный графен не будет лазить по стенкам флакона, но можно все же извлеките его предметным стеклом или другим гидрофильным материалом.Результат показан на изображении справа.

Графен на стекле.

Конечный продукт этого процесса изготовления графена показан на изображении слева. Графен осаждается в виде тонкой пленки с обеих сторон стеклянной пластины. и его легкие светопоглощающие свойства можно увидеть, посмотрев сквозь него (Графен поглощает около 2,3% видимого света). Объяснение процесса состоит в том, что графен самостоятельно собирается из мелких отслоившихся чешуек на границе раздела воды и гептана, потому что поверхность напряжение графена (54.8 мН/м) находится практически между поверхностным натяжением воды (72,9 мН/м) и гептана (20,1 мН/м). Толщина графеновой пленки ограничена капиллярными силами на границе раздела и избыток графена просто упадет до дно флакона. Образование толстых агрегатов подавляется диффузией и потребностью в энергии, необходимой для сформировать новый слой. Для получения дополнительной информации см. оригинальный документ [1]

Это, возможно, самый простой способ сделать графен своими руками в домашних условиях в виде сколь угодно большого листа.Другие методы создают только графен чешуйки, но эти чешуйки, возможно, можно было бы использовать вместо чешуек графита в этом методе в качестве стадии рафинирования. Попробуйте и дайте нам знать, как это происходит!

Как сделать оксид графита в домашних условиях?

Отказ от ответственности

Чтобы сделать графен дома с помощью описанного выше метода DVD, вам понадобится немного оксида графита. Вы можете купить оксид графита из различных источников, в том числе онлайн, или вы можете попробовать сделать оксид графена самостоятельно.В этом тексте мы объясним, как вы можете сделать оксид графена в домашних условиях, самостоятельно. Процедура относительно проста, и большинство ингредиентов можно купить без рецепта. Однако обратите внимание, что это НЕбезопасная процедура, и следование этому руководству может привести к взрывам, пожарам и серьезным травмам. По понятным причинам, если вы решите сделать это самостоятельно, соблюдайте меры предосторожности при работе с кислотами и взрывчатыми веществами. На самом деле, мы считаем, что если вы не являетесь лицензированным химиком, вам лучше купить оксид графена, чем пытаюсь сделать дома.Мы предлагаем этот текст только в качестве образовательного ресурса. Приступая к чтению следующий текст, вы подтверждаете, что понимаете риски работы с химическими веществами, перечисленными в тексте, и имеете полное понимание всех химических реакций и опасностей, которые они представляют для вашего здоровья и безопасности. Во избежание дыма и опасности возгорания, выполнить этот эксперимент на открытом воздухе и в контролируемой, хорошо проветриваемой среде. Несмотря на то, что позаботились убедитесь, что в тексте нет ошибок, мы не несем ответственности за возможные ошибки, оставшиеся в тексте.

Если у вас есть доступ к лаборатории, и вы делаете это для проекта или эксперимента, напишите нам и сообщите, как все прошло. Мы будем рады разместить здесь вашу историю успеха.

Введение

Оксид графита известен уже почти 150 лет. Впервые он был приготовлен в 1859 году. Процесс был улучшен. с тех пор, и многие исследователи в этой области прокомментировали потенциальные опасности и риски, связанные с первоначальной процедурой, как описал Б.Броди, который первым открыл этот процесс. Описанный здесь метод занимает около 2 часов при температуре ниже 45 градусов. Цельсия, если у вас есть доступ к центрифуге. Если вы этого не сделаете, потребуется день или около того, чтобы лишняя вода испарилась из контейнера.

Процедура

Размешать 100 г порошкообразного графита с 50 г нитрата натрия в 2,3 л технической серной кислоты. Не забудьте смешать ингредиенты в гораздо большем, чем необходимо, герметичном контейнере, помещенном в баню со льдом при температуре ноль градусов по Цельсию в качестве меры безопасности.Контейнер должен быть не менее 15-20 литров.

ОСТОРОЖНОСТЬ! Добавьте в смесь 300 г перманганата калия, постоянно перемешивая ингредиенты. НЕ добавляйте все 300 г за один раз. Вместо этого осторожно добавляйте перманганат калия грамм за граммом, чтобы смесь не нагревалась выше 20 градусов по Цельсию! ОСТОРОЖНОСТЬ! Перманганат калия является сильным окислителем, который окрашивает кожу и другие органические материалы, такие как одежда, при контакте. При смешивании с серной кислотой образует взрывоопасный оксид марганца, поэтому необходимо соблюдать все меры предосторожности! Убедитесь, что максимально температура не превышена.

После добавления марганцовки в смесь снимите ледяную баню и доведите температуру до 35 градусов Цельсия. Точно и осторожно выдерживайте эту температуру в течение 30 минут. На этом этапе смесь загустеет и количество выделившегося газа уменьшится. Примерно через 20 минут ожидайте, что смесь станет коричневато-серой и пастообразной консистенции.

ОСТОРОЖНОСТЬ! По прошествии 30 минут медленно и осторожно добавить в смесь 4,8 литра воды при перемешивании.Добавление вода вызовет экзотермическую реакцию, которая повысит температуру смеси почти до 100 градусов по Цельсию, и при бурной реакции выделяется большое количество газа! Поддерживайте температуру на уровне 98 градусов по Цельсию еще 15 минут. ОСТОРОЖНОСТЬ! Теперь смесь будет коричневого цвета.

После поддержания температуры в течение 15 минут дополнительно разбавьте смесь теплой водой до 14 литров жидкости. Добавьте 3% перекись водорода, чтобы уменьшить остатки перманганата.После добавления перекиси водорода смесь должна стать светлой. желтый.

Отфильтруйте смесь, пока она еще теплая. Фильтр примет желто-коричневый цвет. Осадок на фильтре промыть три раза общим объемом 14 литров. теплой воды. Полученный оксид графита диспергируют в 32 литрах воды. Для того, чтобы получить сухой оксид графита, вам понадобится мощный центрифуга. Так как это, вероятно, недоступно, нагрейте воду, содержащую оксид графита, до 40 градусов по Цельсию и подождите, пока вода не испарится.Лучше всего подойдет широкий контейнер, так как большая площадь будет способствовать испарению.

Оксид графита более высокого качества, полученный таким образом, будет иметь ярко-желтый цвет, в то время как оксид графита более низкого качества приобретет более темный цвет. от зеленого до черного оттенка. Вы можете использовать этот оксид графита в водном растворе для проведения экспериментов с приводами Lightscribe дома.

Дальнейшее чтение

Для вашего удобства мы предоставляем оригинальную бумагу где описан этот процесс.Мы использовали эту статью в качестве основы для нашего руководства о том, как сделать оксид графита в домашних условиях. Если вы сомневаетесь, следуйте указаниям из этого документа, а не указаниям, указанным на нашем веб-сайте. Есть также несколько видео на Youtube, которые показывают весь процесс, и они также могут быть ценным ресурсом.

Мы хотели бы поблагодарить нашу посетительницу Геру, которая связалась с нами, указав на опечатку в тексте.

Этот графеновый аккумулятор невероятно быстро заряжается 

Обновление от 24 ноября, 09:30 по восточному времени: Первоначальная кампания Indiegogo была прекращена (все взносы возвращены), а восстановлен здесь .Проблема, по словам Elecjet, возникла в результате недавнего изменения юридического обозначения компании с LLC на Corporation, что неожиданно изменило ее налоговый идентификатор и способность кампании обрабатывать платежи. К сожалению, задержка, вызванная перезапуском, означает, что Elecjet больше не может гарантировать отгрузку к Рождеству.


Новый аккумуляторный блок Apollo Ultra от Elecjet использует графен для значительного ускорения зарядки. Да, графен, этот чудо-материал, который давно обещал изменить мир, позволяет этой портативной батарее емкостью 10 000 мАч заряжаться с нуля до полного заряда менее чем за 30 минут, что примерно в пять-шесть раз быстрее, чем у обычного повербанка такой же емкости.Подключите его, когда проснетесь, и к тому времени, когда вы выйдете из дома, Apollo Ultra будет полностью заряжен.

Графен представляет собой высокопроводящую решетку углерода толщиной всего в один атом. Аккумуляторы из чистого графена все еще слишком дороги для массового производства, но материал уже может ускорить зарядные характеристики традиционных аккумуляторов при нанесении на электрод в композитной форме. Именно такой подход использует Elecjet со своей новой батареей емкостью 10 000 мАч (40 Втч), которую сегодня запускают на Indiegogo по цене 65 долларов.

В дополнение к более высокой скорости зарядки, Elecjet заявляет, что Apollo Ultra будет работать более 2500 циклов зарядки, прежде чем уровень заряда батареи упадет ниже 80 процентов. Это примерно в четыре-пять раз дольше, чем у обычных литий-ионных аккумуляторов, что было бы полезно как для вашего кошелька, так и для окружающей среды.

Я не могу проверить заявление о продолжительности жизни, но Elecjet прислал мне тестовый образец Apollo Ultra, чтобы подтвердить улучшенную скорость зарядки.

Короче говоря, Apollo Ultra заряжается быстро — невероятно быстро , как и утверждает Elecjet.

Зарядка с нуля до полной за 27 минут

Elecjet Apollo Ultra — это литий-полимерный аккумулятор, улучшенный с помощью запатентованной аккумуляторной технологии Real Graphene USA. Он оснащен двумя портами USB: одним полноразмерным USB-A и одним USB-C PD 3.0. Порт USB-C поддерживает входную мощность до 100 Вт для быстрой зарядки аккумуляторной батареи. Затем этот порт способен выдавать 65 Вт, что делает его достаточно мощным для зарядки многих ноутбуков USB-C. Он поддерживает технологию быстрой зарядки Samsung PPS и имеет достаточно энергии, чтобы зарядить обычный телефон два или три раза.Порт USB-A обеспечивает максимальную выходную мощность 18 Вт.

Хорошо, но мы все здесь за скорость зарядки аккумулятора, и Elecjet говорит, что Apollo Ultra будет заряжаться с нуля до полного за очень впечатляющие 27 минут при подключении к мощному настенному зарядному устройству мощностью 100 Вт.

Промежуток времени для сравнения скорости зарядки Elecjet Apollo Ultra с обычным блоком питания такой же емкости.

Мой тестовый образец многократно заряжался от нуля до 99,9% за 27 минут с помощью зарядного устройства GaN мощностью 100 Вт (продается отдельно примерно за 50 долларов), которое поставила Elecjet.Затем потребовалось еще 90 секунд, чтобы отобразить 100% на дисплее батареи. Elecjet говорит, что это незначительная ошибка, и батарея заряжена на «99,999%» за 27 минут. В остальном Elecjet Apollo Ultra заряжается линейно, достигая 25 процентов за 6,5 минут, 50 процентов за 13 минут и 80 процентов примерно за 21 минуту.

Для сравнения, я подключил то же зарядное устройство на 100 Вт к литий-ионному аккумулятору емкостью 10 000 мАч, который недавно купил на AliExpress примерно за 20 долларов. Зарядка с нуля до полной заняла более трех часов.Это подтверждает заявление Elecjet о том, что Apollo Ultra, обогащенный графеном, заряжается в пять раз быстрее, чем обычные аккумуляторы.

Я также заряжал аккумулятор Apollo Ultra от менее мощного зарядного устройства моего MacBook на 29 Вт. Power Bank заряжается с нуля до полного за 74 минуты. Это намного медленнее, как и следовало ожидать от более слабого зарядного устройства, но все же более чем в два раза быстрее, чем батарея AliExpress, подключенная к зарядному устройству мощностью 100 Вт.

Все стало немного странно при попытке одновременно заряжать два устройства от Apollo Ultra.Мой MacBook сообщил, что он заряжается на 65 Вт при подключении к порту USB-C. Затем она упала до 5 Вт после того, как я подключил iPhone X или Oppo Find X3 Pro для одновременной зарядки от порта USB-A. В часто задаваемых вопросах кампании Indiegogo утверждается, что «выходная мощность 87 Вт Apollo Ultra будет разделена между двумя устройствами», так что что-то кажется неправильным.

Apollo Ultra, который я тестировал, лишь немного прогрелся из 20 или около того раз, когда я полностью заряжал и разряжал его, в то время как эталонный литий-ионный аккумулятор с медленной зарядкой оставался холодным все это время.«Тепло» похвально, учитывая, что Apollo Ultra потребляет более чем в пять раз больше энергии и говорит об эффективности графена при рассеивании тепла. Elecjet сообщил мне, что Apollo Ultra оснащен восемью функциями безопасности, и что температурные испытания UL никогда не превышали 42°C (107,6°F).

Elecjet Apollo Ultra немного толще, чем обычные внешние аккумуляторы той же емкости. Фото Томаса Рикера / The Verge

Elecjet Apollo Ultra также более пухлый, чем моя эталонная батарея, несмотря на то, что содержит такое же количество электронов.Это связано с тем, что для работы с более высокими входными и выходными мощностями требуется более крупный модуль питания. В то время как размер устройства не изменится для продукта, который поставляется сторонникам Indiegogo, Elecjet говорит мне, что силовой модуль следующего поколения должен позволить его будущим гибридам соответствовать размеру его предшественников с более медленной зарядкой.

Китайские производители телефонов в настоящее время участвуют в собственной гонке за быструю зарядку. Новый 11T Pro от Xiaomi оснащен аккумулятором емкостью 5000 мАч, который заряжается от нуля до 100 процентов всего за 17 минут с помощью прилагаемого зарядного устройства на 120 Вт.Но эта батарея имеет двухэлементную конструкцию, позволяющую заряжать обе половины одновременно. Это нормально для телефонов стоимостью более 500 долларов со сложными чипсетами, которые не ограничены ограничениями USB-C PD. Тем не менее, Elecjet соответствует 17-минутной зарядке своего другого аккумуляторного блока, обогащенного графеном, Apollo Traveller емкостью 5000 мАч.

Совершенно верно — Apollo Ultra — не первый гибридный аккумулятор с графеном, доступный для покупки. В дополнение к предложениям Elecjet, Chargeasap производит ряд гибридных аккумуляторных батарей, в том числе чудовищную аккумуляторную батарею емкостью 20 000 мАч за 299 долларов, которая также пропитана графеном, только с большим количеством портов, поверхностью для беспроводной зарядки и более высокой выходной мощностью 100 Вт.Компания заявляет, что он будет заряжаться с нуля до полного за 70 минут, что звучит примерно так, поскольку он вмещает вдвое больше энергии.

Эти гибридные аккумуляторы — впечатляющий первый шаг производителей на пути к разработке обещанных нам миниатюрных, высокоемких и экологически чистых аккумуляторов из чистого графена.

До тех пор Elecjet Apollo Ultra стоит 65 долларов на Indiegogo прямо сейчас .

Разработчик алюминиево-ионного аккумулятора

утверждает, что он заряжается в 60 раз быстрее, чем литий-ионный, предлагая прорыв в области электромобилей

Революционная технология графеновых алюминий-ионных аккумуляторов может заменить литий-ионный источник энергии, … [+] плотность энергии, скорость перезарядки и экологичность. Фото: Graphene Manufacturing Group

Группа по производству графена

Беспокойство по поводу запаса хода, опасения по поводу утилизации и быстрой зарядки могут уйти в историю электромобилей с изобретением австралийской батареи, основанной на нанотехнологиях.

Утверждается, что графеновые алюминий-ионные аккумуляторные элементы от Graphene Manufacturing Group (GMG) из Брисбена заряжаются в 60 раз быстрее, чем лучшие литий-ионные элементы, и удерживают в три раза больше энергии, чем лучшие алюминиевые элементы.

Они также более безопасны, не имеют верхнего предела тока, вызывающего самопроизвольный перегрев, более экологичны и легче перерабатываются благодаря их стабильным основным материалам. Тестирование также показывает, что проверочные батарейки типа «таблетка» служат в три раза дольше, чем литий-ионные версии.

GMG планирует вывести на рынок графеновые алюминиево-ионные аккумуляторы в конце этого или начале следующего года, а автомобильные аккумуляторы планируется выпустить в начале 2024 года.

Основанные на революционной технологии Австралийского института биоинженерии и нанотехнологий Университета Квинсленда (UQ), элементы батареи используют нанотехнологию для вставки атомов алюминия внутрь крошечных отверстий в графеновых плоскостях.

Алюминий-ионная технология Graphene Manufacturing Group позволяет заряжать iPhone менее чем за 10 … [+] секунд. Он работает, помещая атомы алюминия в отверстия в графене. Фото: Graphene Manufacturing Group

Группа по производству графена

Испытания, проведенные рецензируемым специализированным изданием Advanced Functional Materials, пришли к выводу, что элементы обладают «выдающимися высокопроизводительными характеристиками (149 мАч·г-1 при 5 А·г-1), превосходя все ранее опубликованные катодные материалы AIB».

Управляющий директор GMG Крейг Никол настаивал на том, что, хотя элементы его компании были не единственными разрабатываемыми графеновыми алюминий-ионными элементами, они, безусловно, были самыми сильными, надежными и быстро заряжающимися.

«Он заряжается так быстро, что по сути является суперконденсатором», — заявил Николь. «Он заряжает аккумулятор менее чем за 10 секунд».

Утверждается, что новые аккумуляторные элементы обеспечивают гораздо большую удельную мощность, чем современные литий-ионные батареи, без проблем с охлаждением, нагревом или редкоземельными элементами, с которыми они сталкиваются.

«Пока проблем с температурой нет. Двадцать процентов литий-ионного аккумулятора (в автомобиле) приходится на их охлаждение. Есть очень большая вероятность, что нам вообще не понадобится ни охлаждение, ни обогрев», — заявил Николь.

«Он не перегревается и прекрасно работает при отрицательных температурах.

«Им не нужны контуры для охлаждения или нагрева, которые в настоящее время составляют около 80 кг в упаковке 100 кВтч».

Когда алюминий-ионные батареи перезаряжаются, они возвращаются к отрицательному электроду и меняют местами три алюминиевых … [+] электронов на ион по сравнению с максимальной скоростью лития всего в один. Фото: Graphene Manufacturing Group

Группа по производству графена

Новая технология ячеек, настаивал Николь, также может быть промышленно внедрена в существующие литий-ионные корпуса, такие как архитектура MEB Volkswagen Group, что позволит избежать проблем с архитектурами автомобильной промышленности, которые, как правило, используются до 20 лет.

«У нас будут те же форма и напряжение, что и у нынешних литий-ионных элементов, или мы можем перейти к любой необходимой форме», — подтвердил Николь.

«Это прямая замена, которая заряжается так быстро, что по сути является суперконденсатором.

«Некоторые литий-ионные элементы не выдерживают более 1,5-2 ампер, иначе можно взорвать батарею, но у нашей технологии нет теоретического предела».

Алюминий-ионные аккумуляторные элементы

являются горячей площадкой для разработок, особенно для использования в автомобилях.

Одни только недавние проекты включали сотрудничество между Даляньским технологическим университетом Китая и Университетом Небраски, а также другими проектами Корнельского университета, Университета Клемсона, Университета Мэриленда, Стэнфордского университета, факультета науки о полимерах Чжэцзянского университета и промышленного консорциума European Alion. .

Различия носят технический характер, но в ячейках GMG используется графен, полученный в результате его запатентованного плазменного процесса, а не традиционного источника графита, и в результате плотность энергии в три раза выше, чем у следующего лучшего элемента из Стэнфордского университета.

Алюминий-ионный аккумулятор Graphene Manufacturing Group будет запущен в производство в начале 2022 года. Фото: … [+] Graphene Manufacturing Group

Группа по производству графена Алюминий-ионная технология Стэнфорда

с натуральным графитом обеспечивает 68.7 ватт-часов на килограмм и 41,2 ватта на килограмм, а его графитовая пена достигает 3000 Вт/кг.

Аккумулятор GMG-UQ увеличивает мощность от 150 до 160 Втч/кг и 7000 Вт/кг.

«Они (UQ) нашли способ делать отверстия в графене и способ хранить атомы алюминия ближе друг к другу в отверстиях.

«Если мы просверлим отверстия, атомы застрянут внутри графена, и он станет намного более плотным, как шар для боулинга на матрасе».

Рецензируемая публикация Advanced Functional Materials обнаружила, что трехслойный графен с перфорацией на поверхности (SPG3-400) имеет «значительное количество мезопор в плоскости (≈2.3 нм) и чрезвычайно низкое отношение O/C 2,54% продемонстрировали превосходные электрохимические характеристики.

«Этот материал SPG3-400 обладает исключительной обратимой емкостью (197 мАч·г-1 при 2 А·г-1) и выдающимися высокопроизводительными характеристиками», — говорится в заключении.

Алюминий-ионная технология имеет свои преимущества и недостатки по сравнению с выдающейся технологией литий-ионных аккумуляторов, которая сегодня используется почти в каждом электромобиле.

Когда элемент перезаряжается, ионы алюминия возвращаются к отрицательному электроду и могут обмениваться тремя электронами на ион вместо ограничения скорости лития всего одним.

Кроме того, использование алюминий-ионных элементов дает огромное геополитическое, экономическое, экологическое и повторное преимущество, поскольку в них почти не используются какие-либо экзотические материалы.

«В основном это алюминиевая фольга, хлорид алюминия (предшественник алюминия, который можно перерабатывать), ионная жидкость и мочевина», — сказал Никол.

«Девяносто процентов мирового производства и закупок лития по-прежнему осуществляется через Китай, а 10 процентов — через Чили.

«У нас есть весь необходимый нам алюминий прямо здесь, в Австралии, и его можно безопасно производить в странах первого мира.

Главный научный сотрудник группы по производству графена д-р Ашок Кумар Нанджундан (слева) и д-р … [+] Сяодань Хуанг из Австралийского института биоинженерии и нанотехнологий Квинслендского университета обсуждают прорыв в области аккумуляторов. Фото: Группа по производству графена.

Группа по производству графена

Зарегистрированная на бирже TSX Venture в Канаде, GMG подключилась к технологии графеновых алюминий-ионных аккумуляторов UQ, поставив университету графен.

«Наш ведущий специалист по продуктам доктор Ашок Нанджундан участвовал в проекте Университета Квинсленда в его исследовательском центре нанотехнологий в первые дни его существования», — сказал Никол, признав, что GMG почти «повезло» с этой технологией, бесплатно поставив исследовательским проектам свой графен. .

GMG не заключила договор на поставку с крупным производителем или производственным предприятием.

«Мы еще не привязаны к крупным брендам, но это может быть встроено в Apple iPhone и заряжаться за считанные секунды», — подтвердил Николь.

«Сначала мы выведем на рынок батарейку-таблетку. Он перезаряжается менее чем за минуту и ​​имеет в три раза больше энергии, чем литий», — говорится в сообщении Barcaldine.

«Кроме того, это гораздо менее вредно для здоровья. Ребенок может быть убит литием, если его проглотить, но не алюминием».

Аккумулятор-таблетка станет первым алюминиево-ионным аккумулятором Graphene Manufucturing Group, который будет производиться … [+] в начале следующего года. Фото: Graphene Manufacturing Group

Группа по производству графена

Еще одним преимуществом является стоимость.Стоимость лития выросла с 1460 долларов США за метрическую тонну в 2005 году до 13 000 долларов США за тонну на этой неделе, в то время как цена на алюминий выросла с 1730 долларов США до 2078 долларов США за тот же период.

Еще одним преимуществом является то, что в графеновых алюминий-ионных элементах GMG не используется медь, которая стоит около 8470 долларов США за тонну.

Несмотря на то, что GMG открыта для производственных соглашений, предпочтительный план GMG состоит в том, чтобы «использовать» технологию, насколько это возможно, в первую очередь с установками мощностью от 10 гигаватт до 50 ГВт, даже если Австралия может не быть логичным первым выбором для производственного предприятия.

Это не единственная компания из Брисбена, которая продвигает аккумуляторные решения по всему миру.

PPK Group создала совместное предприятие с Университетом Дикина для разработки литий-серных аккумуляторов, а Vecco Group подтвердила сделку с Shanghai Electric на завод по производству ванадиевых аккумуляторов в Брисбене для коммерческого хранения энергии.

Ученые создали 3D-печатный суперконденсатор с графеновыми чернилами

Изображение материала, использованного исследовательской группой.На вставке показаны реальные изображения материала команды, а фон показывает структуру графена. Верховный Дас

Представьте, что вы почти мгновенно заряжаете свой смартфон или складываете его и кладете в сумочку или карман.

Когда-нибудь это может стать реальностью благодаря исследованиям ученых Университета штата Канзас.

Недавно они опубликовали исследование, показывающее потенциал использования графена, названного «чудо-материалом», для печати суперконденсаторов, которые однажды смогут заменить батареи и привести к гибкой электронике.

«Мы показали, что можем очень хорошо печатать ряд устройств с любой архитектурой, которую захотим», — сказал Супрем Дас, доцент кафедры проектирования промышленных и производственных систем в Университете штата Канзас и один из авторов исследования.

Команда использовала графеновые чернила для печати крошечных электродов на гибких материалах и проверила, насколько хорошо они заряжаются и разряжаются.

«Если мы сможем делать гибкую электронику с нашими дешевыми чернилами, у нее будет множество применений.Я имею в виду, что мы почти можем представить себе наличие датчиков на нашей одежде и собирание солнечного света, когда мы идем по улице, чтобы зарядить наши мобильные телефоны, я имею в виду всевозможные сумасшедшие вещи», — Кристофер Соренсен, выдающийся профессор физики Университета штата Канзас. — сказал один из авторов исследования.

Что такое графен и почему его называют чудо-материалом?

Графен представляет собой двумерную форму графита с атомами углерода, расположенными в форме сот. Поскольку графен имеет толщину всего в один атом, это самый тонкий материал в мире.

Несмотря на то, что он такой тонкий, это один из самых прочных материалов в мире, который, по оценкам, в сотни раз прочнее стали, но при этом более гибкий.

Учитывая его прочность, а также другие свойства, такие как более высокая проводимость, чем у меди, исследователи назвали его «чудо-материалом».

Его открытие и извлечение из графита получили Нобелевскую премию по физике в 2010 г.

Как исследователи создали графен газ типа метан.Эти методы могут занять много времени и могут производить графен разного качества.

Метод Соренсена отличается, и он открыл его совершенно случайно.

«Я не пытался сделать графен, — сказал он.

В начале 2000-х он изучал образование сажи в пламени и обнаружил, что сажа может образовывать гель.

Это все равно, что положить столовую ложку желатина в литр воды, сказал Соренсен.

Более поздние исследования Соренсена отошли от использования пламени и вместо этого начали использовать металлическую камеру с автомобильной свечой зажигания в качестве источника энергии.Смешав ацетилен и небольшое количество кислорода в камере, он мог использовать свечу зажигания для создания взрыва.

Вместо того, чтобы открыть камеру и выпустить дым, он оставил ее в покое на несколько минут и обнаружил, что дым образует гель, который он описал как «черный пирог с едой ангела».

Глядя на гель под микроскопом, он ожидал увидеть маленькие круглые шарики углерода. Однако вместо этого он увидел плоские простыни.

«Я понял, что мы сделали графен, но я не знал, насколько важным было мое открытие, потому что в то время я не был в этой большой толпе людей, изучающих графен», — сказал Соренсен.«У меня была своя повестка дня».

Лоренцо Моска, профессор химии Университета Род-Айленда, не участвовавший в исследовании, описал метод Соренсена как «определенное улучшение по сравнению с другими методами изготовления».

Кроме того, Дас описал метод Соренсена как безвредный для окружающей среды по сравнению с более традиционными методами создания графена.

«Это очень новинка в том смысле, что она не производит никаких вредных для окружающей среды продуктов», — сказал Дас.«Процесс зеленый».

Как исследователи создали свой суперконденсатор

Используя процесс Соренсена, исследовательская группа создала графеновые чернила. Затем с помощью процесса, похожего на 3D-печать, они напечатали крошечные графеновые электроды на гибкой поверхности. Они даже создали один в форме талисмана штата Канзас, Дикого кота Вилли.

Напечатанный графеном логотип Дикого кота Вилли, логотип Университета штата Канзас Suprem Das

Затем исследователи проверили, насколько хорошо электроды работают после 10 000 циклов зарядки и разрядки.Они обнаружили, что электроды сохраняли 80% своей емкости в течение этих циклов, что, по словам Даса, было «очень стабильным» и «довольно хорошим».

Для сравнения, исследование 2019 года показало, что срок службы используемых сегодня литий-ионных аккумуляторов составляет от 150 до 2300 циклов.

Помимо увеличения срока службы батареи, графеновые суперконденсаторы также могут повысить скорость зарядки.

По словам Моски, графеновый суперконденсатор может полностью зарядиться всего за несколько минут по сравнению с часами, которые требуются для литий-ионных аккумуляторов, используемых в настоящее время в смартфонах, электроинструментах и ​​другой портативной электронике.

Будущее графена

Хотя свойства графена делают его интересным для электроники, Соренсен сказал, что графен может иметь и другие применения.

Он сказал, что графен можно использовать для изготовления более прочного бетона и уменьшения углеродного следа производства бетона.

«Если бы мы могли использовать его меньше, этот след [углекислого газа] был бы меньше, и это было бы хорошо для нашей окружающей среды», — сказал Соренсен.

Кроме того, он сказал, что графен можно будет использовать для доставки наночастиц в организм человека, чтобы обнаруживать рак быстрее, чем мы можем сейчас, не причиняя вреда организму.

Хотя применение графена все еще является активной областью исследований, оно может быть не за горами.

«Я думаю, что в ближайшие 10-15 лет мы увидим их гораздо больше, чем люди ожидают», — сказал Моска.

Графен — спасение мира по одному атому за раз

Вот уже почти два десятилетия мир слышит, что графен, возможно, является одним из самых полезных материалов в мире. Возможности этого суперматериала кажутся безграничными, и даже после почти 20 лет исследований весь потенциал графена до сих пор не раскрыт.

На самом деле графен существует гораздо дольше, и если вы когда-либо держали в руках карандаш, значит, вы сами с ним сталкивались. Грифель карандаша состоит из одного слоя графита, графен создается после его разрушения (как это сделали ученые Андрей Гейм и Константин Новоселов, непрерывно отделяя его фрагменты липкой лентой до тех пор, пока не останутся количества размером с атом углерода). ).

Чтобы дать представление о силе и мощи графена, вот обзор качеств:

  • Он в 200 раз прочнее и в 6 раз легче по весу, чем сталь, в настоящее время является самым прочным материалом в истории
  • Это в миллион раз тоньше человеческого волоса (и тем не менее каким-то образом виден без использования микроскопа
  • Он чрезвычайно гибкий, исследования показывают, что графен может растягиваться до 25% от своего первоначального состояния
  • Это самый проводящий материал в мире из-за его двухмерная шестиугольная конструкция позволяет теплу и электричеству легко перемещаться без сопротивления.Это даже лучше, чем медь (медные катушки в настоящее время используются в моделях iPhone 12 и 13 для беспроводной зарядки устройств под названием «Magsafe»).

Обладая такими динамичными и исключительными качествами, графен в настоящее время тестируется для использования во многих отраслях и на рынках, при этом регулярно открываются новые области применения, особенно в батареях, будь то смартфоны, виртуальная реальность, электронные автомобили, и т. д.

Наряду с очевидными преимуществами использования графена в батареях (такими как меньший вес и прочность), список, казалось бы, бесконечен для улучшения общей производительности батареи.Крупные технологические компании, такие как Tesla и Apple, активно изучают и тестируют возможности графена в батареях, и исследования продолжаются.

В настоящее время наилучшие результаты с графеном в батареях были получены от гибридов графен-литий-ион, создающих более сильный, сверхбыстро заряжающийся, более продолжительный заряд в перезаряжаемой батарее с растущим потенциалом отказа от одноразовых одноразовых батарей навсегда и, таким образом, сокращение электронных отходов (и все мы слышали об ущербе, который литий может нанести окружающей среде, если не утилизировать его ответственно).

Хотя LapCabby в настоящее время не планирует использовать графен в своих продуктах (пока!) мы можем гарантировать, что любые будущие батареи, изготовленные с использованием графена, будут безопасно заряжаться в наших устройствах, когда эта технология появится.

Батареи заряжают нашу планету, но какова цена?

Великая зеленая дилемма

Сейчас много ажиотажа в связи с нашим ускоренным переходом на более чистое электричество. Но если мы действительно хотим совершить скачок в электрическое будущее, необходимо преодолеть важное препятствие: нам нужны действительно чистые батареи.Несмотря на то, что технология накопления энергии развивалась семимильными шагами, еще многое предстоит сделать, чтобы уменьшить неблагоприятное воздействие аккумуляторов на окружающую среду. Однако инновационные компании уже предпринимают шаги для решения этой важной проблемы…

Растущие потребности человечества в электроэнергии означают, что новые решения для хранения энергии быстро становятся глобальной необходимостью.

Фотография НАСА / предоставлено Unsplash

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Нам нужен литий?

Литиевые аккумуляторы в настоящее время являются популярным решением для хранения энергии для производителей электромобилей, телефонов, планшетов и ноутбуков.И легко понять, почему: они являются эффективными зарядными устройствами, их легко утилизировать, и они имеют более высокую плотность энергии, чем щелочные батареи.

Названный инвесторами «белым золотом», спрос на литий удвоил его цену в период с 2016 по 2018 год, поскольку производители аккумуляторов пытаются заполучить этот серебристо-белый щелочной металл. Несмотря на то, что на Земле есть колоссальные 43 миллиона тонн (39 миллионов метрических тонн) вещества, только треть из них находится в форме, которую можно добывать; из них 87 процентов находятся в соленых водах, в основном в так называемом «литиевом треугольнике» Южной Америки.

Процесс производства лития, или, точнее, карбоната лития, включает бурение отверстий в солончаках и выкачивание соленого, богатого минералами рассола на поверхность. Этот рассол оставляют испаряться, а полученные соли фильтруют, чтобы можно было извлечь карбонат лития. Несмотря на то, что это очень простой процесс, он использует большое количество воды и может занять от 18 до 24 месяцев.

Компания Audi находится в числе тех, кто ищет способы ускорить производство литиевых аккумуляторов и сделать их более безопасными для климата.Например, ценные элементы могут быть извлечены и повторно использованы в новых продуктах в конце жизненного цикла батареи; в некоторых случаях возможно, что целые литиевые батареи могут быть перепрофилированы для вторичного использования, питая транспорт и заводские автомобили. Имея это в виду, утилизация вышедших из эксплуатации аккумуляторов стала основным направлением деятельности Audi.

Это предприятие Audi вдыхает новую жизнь в свои заводские автомобили с помощью электрического разряда, заряжая их отработанными литий-ионными батареями, взятыми из старых электромобилей.

Фотография предоставлена ​​Audi Media Center

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Также существует возможность увеличить плотность энергии этих батарей, уменьшив, таким образом, их размер и фактически требуемое количество лития, а также сократив использование редких и дорогих компонентов, таких как кобальт.

Цуёси Хосино из Института термоядерного синтеза Роккасё Японского агентства по атомной энергии недавно предложил другую идею — метод извлечения лития из морской воды с помощью диализа — в журнале Опреснение .В системе используется специальная мембрана, через которую может пройти только ион лития. Хотя Хосино еще не готов к коммерциализации, его метод осмоса «показывает хорошую энергоэффективность и легко масштабируется».

Графеновые суперконденсаторы действительно супер?

В то время как производство лития совершенствуется, эксперты продвигают альтернативы, такие как графеновые суперконденсаторы. Несмотря на то, что они звучат так, как будто они принадлежат космическому кораблю, они могут помочь решить энергетическую дилемму Земли.Вместо того, чтобы удерживать электричество в виде химического потенциала — как щелочные или литиевые батареи — суперконденсаторы хранят его в электрическом поле , подобно тому, как статический заряд накапливается на поверхности воздушного шара.

Добавление «чудо-материала» графена позволяет создавать прочные и легкие суперконденсаторы. Хотя это еще только начало, рынок графеновых аккумуляторов, по прогнозам, достигнет 115 миллионов долларов к 2022 году, при этом китайские и испанские компании будут использовать суперконденсаторы для питания всего, от ноутбуков до электрических мотоциклов.

Однако во всем этом есть очень большое «но». Суперконденсаторы — даже графеновые — пока не могут долго удерживать заряд. Подумайте, как это раздражает, когда батарея вашего телефона резко садится, а затем представьте, что то же самое происходит, когда вы находитесь в машине за несколько миль от зарядной станции. Не хорошо.

Можем ли мы хранить чистое электричество в такой же чистой батарее?

Аккумулятор, одновременно практичный и экологически чистый в производстве, может показаться Святым Граалем, но в Делфте, Голландия, группа новаторов из AquaBattery считает, что они его нашли.Голубая батарея хранит энергию, как вы уже догадались, в воде, и может использоваться для накопления всей эко-электроэнергии, производимой в Нидерландах, на 100-процентной устойчивой основе. Итак, как это работает?

Прохождение электрического тока через соленую воду разделяет ее на концентрированный солевой раствор и пресную воду — процесс, известный как электродиализ, — одновременно накапливая энергию. Во время второй фазы разрядки происходит обратный процесс, и эти две воды объединяются, высвобождая собранную энергию, которая затем преобразуется обратно в электрический ток с помощью специальных мембранных пакетов.

Этот пилотный демонстрационный проект уже запущен и использует экологически чистое электричество для питания домов жителей Зеленой деревни в Делфте.

Фотография Гарри Вудса

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Это простая и безопасная технология, позволяющая накапливать огромное количество электроэнергии для использования в случае необходимости, например, для обеспечения того, чтобы в городской энергосистеме всегда было достаточно энергии для удовлетворения спроса. В то время как установка в Делфте в настоящее время находится в относительно небольшом масштабе, у директора AquaBattery Дэвида Вермааса большие планы; он хочет развернуть свою синюю батарею в местах, где встречается соленая и пресная вода, например, на голландских водных путях.Энергетический потенциал огромен.

Электромобили, такие как Audi e-tron, уже производятся на углеродно-нейтральном объекте, и немецкий бренд мобильности уверен, что вскоре электроэнергия, питающая их, будет полностью экологически чистой.

Фотография Гарри Вудса

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Литиевые батареи в настоящее время предлагают наиболее практичное решение для хранения энергии и останутся неотъемлемой частью электромобилей нового поколения.Но в следующем десятилетии или около того вы можете подзаряжаться от сети, поддерживаемой Blue Batteries. Ожидается, что с повышением качества они предложат реальную альтернативу, которая изменит наши отношения с возобновляемыми источниками энергии. Будь то генерация, хранение или питание электромобиля, есть надежда, что однажды каждый этап энергетического путешествия будет на 100% экологичным.

Дополнительную информацию об официальных данных о расходе топлива и официальных удельных выбросах CO~2~ новых легковых автомобилей можно найти в руководстве ЕС «Информация о расходе топлива, выбросах CO~2~ и энергопотреблении новых автомобилей». который можно бесплатно получить во всех торговых представительствах DAT Deutsche Automobil Treuhand GmbH, Hellmuth-Hirth-Strasse 1, D-73760 Ostfildern, Германия, и на сайте www.дат.де.

Графен и другие двумерные кристаллы для аккумуляторных батарей

И графеновые чешуйки, и ВОГ могут подавлять агрегацию НЧ, приспосабливаясь к их объемному расширению/сжатию при литировании/делитировании, при этом обеспечивая высокую проводимость гибридным анодам. Как следствие, обратимая удельная емкость и цикличность гибридных анодов, таких как графен/Co 3 O 4 , 73 RGO/сера, 80 RGO/Li 3 VO 4 9, 74 и RGO/Fe 3 O 4 75 могут быть значительно улучшены по сравнению с электродами, изготовленными только из этих НЧ.

Другие двумерные кристаллы, такие как TMD, 81 TMO, 82 и гидроксиды переходных металлов (TMH) 83 , также являются многообещающими материалами для литий-ионных аккумуляторов благодаря их быстрой ионной проводимости и способности интеркалировать ионы лития. 16 Например, для MoS 2 78 и WS 2 9029 продемонстрирована обратимая удельная емкость ~800 мАч g –1 и ~470 мАч g –1 . .ZrS 2 коллоидные нанодиски диаметром ~20 нм обеспечивали обратимую удельную емкость ~600 мАч·г –1 . 85 В качестве электрода использовался гибридный композит WS 2 /ВГО, достигший обратимой удельной емкости ~240 мА·ч·г –1 при высокой плотности тока до 4 А·г –1 . 86 Среди ТМО литированные наноремни MoO 3 имеют удельную емкость ~220 мА·ч –1 при плотности тока 30 мА·ч –1 после 15 циклов с сохранением емкости 92%. 87 Однако процесс литирования еще полностью не изучен, при этом взаимодействие ионов лития с атомами кислорода контролирует обратимые и необратимые процессы интеркаляции/поглощения.

Другие технологии (воздух, натрий, гибкие)

Литий Воздух

Литий-воздушные батареи, обычно состоящие из металлического лития и кислорода (или воздуха) в качестве анода и катода соответственно, имеют теоретическую плотность энергии 5 200 Втч·кг –1 , 88 , что намного выше, чем то, что достигается при использовании металл-иона. батареи. 2 Такая высокая теоретическая плотность энергии является результатом соединения лития и кислорода из воздуха 89 и делает литий-воздушные батареи одной из самых многообещающих технологий для разработки батарей следующего поколения.

Однако, несмотря на многообещающую теоретическую плотность энергии, литий-воздушные батареи имеют ряд проблем с производительностью, которые необходимо решить до их успешной коммерциализации. Эти ограничения включают в себя короткий срок службы, ограниченную пропускную способность (например,г., всего около 100 циклов) и низкой энергоэффективностью. В настоящее время считается, что морфология катода (воздушного электрода) является критическим ограничивающим фактором для улучшения характеристик литий-воздушных батарей. Фактически и пористость, и SSA катода определяют морфологию и количество продуктов восстановления, образующихся в результате разрядного процесса.

Включение графена и других двумерных кристаллов показало многообещающие результаты в устранении ограничений литий-воздушных аккумуляторов и повышении их производительности.Например, RGO, используемый в качестве материала катода, может обеспечивать более высокую емкость, чем другие углеродные подложки. 90 В частности, использование RGO в сочетании с другими катализаторами, такими как RuO 2 ・0,64H 2 Гибриды O-RGO 91 , в катодах литий-воздушных аккумуляторов является очень перспективным. Результатом этой интригующей комбинации является обратимая удельная емкость 5000 мА·ч/г при зарядном потенциале ~3,7 В и высокой плотности тока 500 мА·г –1 . 89 Недавняя работа показала, что электроды RGO могут способствовать обратимому формированию и удалению кристаллического LiOH во время разряда и заряда, что приводит к высокой удельной емкости и улучшенной перезаряжаемости. 92

Ион натрия

Поскольку натрий является более распространенным элементом, чем литий, натрий-ионные батареи могут стать более дешевой альтернативой литий-ионным батареям. Однако графит, наиболее распространенный анодный материал в литий-ионных технологиях, не является подходящим активным анодным материалом для использования в натрий-ионных батареях. Из-за большого ионного радиуса ионы Na + не интеркалируют в графит. 93 Этот недостаток стимулирует исследования, направленные на изучение использования материалов на основе графена, в которых межслойное расстояние может быть настроено и оптимизировано для интеркаляции и поглощения Na+.93 Обнадеживающие результаты были получены с RGO, что дало удельную емкость ~100 мА·ч g –1 при плотности тока 200 мА g –1 после 250 циклов. 94 Кроме того, аноды из высокоупорядоченных графитовых структур с большим расстоянием между слоями графена достигли удельной емкости ~300 мА·ч·г –1 при плотности тока 50 мА·г –1 после 10 циклов, усиливая решающую роль межслоевого расстояния в анодах на основе графена для натрий-ионных аккумуляторов. 95 Однако использование графена и двумерных кристаллов в натрий-ионных батареях как в качестве активных анодных материалов, так и в качестве электрической опоры на катоде находится на ранней стадии. Необходимы более обширные исследования, чтобы определить эффективность этого подхода.

Гибкие батареи

Разработка гибких и/или растягиваемых батарейных устройств96 сильно зависит от разработки гибких электродов с прочными механическими свойствами. Такие устройства должны выдерживать значительную нагрузку 22 , сохраняя при этом свою функцию.Эти батареи следующего поколения также должны иметь высокую обратимую удельную емкость и энергоэффективность в сочетании с длительным сроком службы и низкой стоимостью. Эти требования делают разработку гибких аккумуляторов особенно сложной задачей с использованием современных технологий. Фактически, процесс, используемый для изготовления обычного электрода, включая этапы смешивания этих композиций (т. е. активного материала, сажи и связующего), нанесения смеси на токосъемник, последующей сушки и прессования, требует много времени. и дорого.Кроме того, процесс последующей сушки (отжига) накладывает серьезные ограничения из-за небольшого диапазона температур, которые может выдерживать сама подложка для изготовления гибких электродов или гибких опор. Кроме того, гибкий электрод должен содержать точное количество связующего и технического углерода 90 , чтобы получить хорошую гибкость, σ, а также сцепление между электродом и токосъемником. В этом контексте необходимо предусмотреть новые материалы и производственные процессы для изготовления электрохимически эффективных гибких электродов.

Графен и другие 2D-кристаллы могут быть жизнеспособной стратегией для реализации гибкой и растягиваемой батареи. Например, послойная сборка 3D гибкого проводящего каркаса, нагруженного наночастицами кремния, показала обратимую удельную емкость 1100 мАч·г·–1· при токе разряда 8 А·г·–1·. 91 Устройство также устойчиво к деформации конструкции. 97

Cheng и его коллеги 57 продемонстрировали тонкую, легкую и гибкую литий-ионную батарею на основе гибкой, проводящей, взаимосвязанной сети трехмерного пенопласта графена, полученной путем химического осаждения из паровой фазы.Сеть из пены служила как высокопроводящим путем для электронов/ионов лития, так и легким токосъемником. После заполнения трехмерной графеновой пены активными материалами, ведущими к электродам LiFePO 4 /графен и Li 4 Ti 5 O 12 /графен в качестве катода и анода, соответственно, была продемонстрирована гибкая батарея. 57 Собранная батарея работала при напряжении 1,9 В, с начальной разрядной емкостью ~143 мАч·г –1 и кулоновским КПД 98 % при 0.2С скорость. 57 Вспененный трехмерный графен заменил различные неактивные компоненты батареи, такие как металлические токосъемники, проводящие добавки и связующие вещества. 57

Разработка таких гибких батарей все еще находится на ранней стадии, а включение графена и других 2D-кристаллов в различные компоненты батареи 57 произошло еще позже. До того, как будет найдено надежное решение для изготовления прозрачных и гибких аккумуляторов на основе графена и других 2D-кристаллов, еще далеко.Без сомнения, прозрачная и гибкая батарея может сильно повлиять на многие области технологий и потребительских товаров. Например, гибкая и прозрачная батарея может быть соединена с дисплеями компьютера/смартфона/КПК, чтобы сделать электронику более компактной и удобной для пользователя, интегрируя возможности скрытого сбора и хранения энергии. Другой пример: концептуальные продукты, такие как гибкие и прозрачные устройства связи, биосенсоры и другие концепции, в настоящее время сильно ограничены жесткими и непрозрачными батареями, которые, вероятно, являются наиболее сложным компонентом, чтобы сделать его гибким и прозрачным одновременно.Аккумуляторы с соответствующей конфигурацией будут очень важны, чтобы вписаться в электронику следующего поколения с различными форм-факторами, и здесь графен и 2D-кристаллы могут сыграть ключевую роль.

Перспектива

Графен и другие 2D-кристаллы могут повлиять на практические системы хранения энергии, такие как LIB, за счет увеличения их плотности энергии и мощности, возможности повторного использования и стоимости, а также создания условий для разработки батарей следующего поколения, таких как литий-воздушные и гибкие батареи. .Тем не менее, есть много вопросов, которые еще предстоит решить, и есть достаточно места для значительных прорывов в этой области. В то время как многообещающие результаты на лабораторном уровне вызывают большие надежды, разрыв между лабораторными исследованиями и коммерческими приложениями на основе 2D-кристаллов еще не преодолен. Предстоящие задачи связаны с усовершенствованием методов производства для лучшего понимания и контроля фундаментальных вопросов, таких как адсорбция лития и формирование границы твердого электролита, роль латеральных размеров и количества слоев чешуек, оптимизация композитов на основе графена и тонкая настройка межслойных расстояний чешуек двумерных кристаллов за счет соответствующей функционализации самих чешуек с целью довести плотность хранения и способность к повторному использованию до максимально возможных значений.Еще одной проблемой является масштабирование и производство этих новых технологий. Здесь перечислены некоторые из целей, которые должны быть достигнуты до 2023 года, поставленные европейским флагманом по графену. 11

Благодарности

Авторы выражают благодарность Бруно Скросати, Резе Фатхи, Симоне Монако и Хайян Сан за обсуждения и финансирование в рамках Седьмой рамочной программы Европейского Союза по соглашению о гранте №604391 Графеновый флагман.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *