Развитие электротранспорта подтолкнуло исследователей новых технологий к созданию альтернативных источников питания. Одним из таких видов стал аккумулятор с графеновыми электродами. Рассмотрим, что это такое, принцип работы и устройство.
Материал графен
Углеводородный кристалл атомы вещества которого расположены на одной плоскости называют графеном. Лист данного материала имеет толщину не более одного атома, вещество не имеет цвета. Отличительными особенностями графена стали высокая прочность и энергетическая емкость.
Российским ученым удалось синтезировать такое вещество искусственным путем на окисле кремния. Полученная толщина составила значение в миллион раз тоньше обычного листа бумаги.
Многие страны современного мира занимаются созданием поточных производственных линий по изготовлению графена. На базе такого вещества получится создать такие приборы как:
- сверхтонкие мониторы;
- приборы на полупроводниках;
- графеновый аккумулятор.
Интересно знать! Источники питания на основе графена не содержат токсичных примесей и веществ.
Перспективы графена
Широкое распространение данного вещества позволит создавать новые производства и исследовательские центры. Станет возможным применять такой материал на производстве и для хозяйственных нужд. Серийное изготовление графена позволит создавать:
- линии для производства данного материала;
- новые модели электромобилей;
- специализированные энергозаправки;
- открытие новых электростанций;
- создание компьютеров компактных размеров;
- позволит снизить вредные выбросы.
Что такое графеновый аккумулятор
Благодаря открытию углеводородного материала с кристаллами толщиной в один атом, у исследователей возник вопрос создания совершенной аккумуляторной батареи с улучшенными техническими характеристиками.
Устройство источника питания
Принцип работы графеновых источников питания многим напоминает распространенные кислотные аккумуляторы. В процессе протекания химических реакций происходит выработка и накопление электрического тока.
Устройство источников питания на основе графена напоминает литий полимерные АКБ. В настоящее время для того, чтобы создать графен полимерный аккумулятор разработано несколько специальных технологических процессов.
В роли положительного электрода выступает материал, состоящий из пластин графена и кремния. Отрицательным электродом служит в одном случае вещество на основе кобальта, во втором магниевый оксид, имеющий пониженную стоимость. Изготовление таких источников питания в домашних условиях невозможно ввиду сложности технологии производства.
Виды
Современные технологии рассматривают два основных направления по разработке графеновых источников питания:
- Лития кобальтат применяется в качестве отрицательного электрода. В роли положительно заряженного электрода выступает материал, состоящий из монопленки и графена. Применение таких аккумуляторов не распространено так как их производство обусловлено повышенными затратами, помимо этого, соли на основе лития обладают токсичностью.
- Во втором варианте исполнения данных батарей в качестве отрицательного электрода применяют соединения на основе магния. Такие источники питания обладают повышенными полезными характеристиками и имеют пониженную стоимость. Используемые вещества в таких батареях не являются токсичными.
Интересно знать! Магний графеновые батареи являются наиболее перспективным направлением при разработках в этой отрасли.
Достоинства и недостатки
К основным преимуществам данных АКБ следует отнести:
- уменьшенный вес изделия, за счет применения легких металлов;
- с использованием современных технологий удалось добиться создания источников питания с малыми размерами;
- повышенное значение внутренней проводимости;
- увеличенный срок службы;
- повышенное значение внутренней емкости и устойчивости к износу;
- имеют возможность регулировки основных параметров;
- сравнительно малая стоимость;
- распространенность кристаллов углеводородов в природе.
К минусам при использовании графеновых АКБ производители относят:
- Имеют плотность не пригодную для питания мобильной электроники. Аккумулятор, изготовленный для переносных гаджетов, будет иметь относительно большие размеры.
- Малое число энергозаправочных станций для графеновых батарей.
- В составе некоторых электродов при изготовлении применяется литий, который является редким металлом.
Альтернативные разработки
Графеновые суперконденсаторы являются одним из альтернативных направлений при разработке источников питания на основе графена. Благодаря новейшим технологиям удалось получить конденсатор повышенной емкости с высокой энергетической плотностью. Причем с увеличением рабочей температуры полезные свойства только улучшаются.
Конденсатор такого типа способен восстанавливать заряд за считанные минуты, зависти это от мощности источника энергии. Производство и исследования графена облегчило создания сверхтонких полупроводников и конденсаторов высокой емкости.
Важно! Толщина графена в полупроводнике может достигать размеров одного атома.
Открытие накопителей с углеродными электродами позволит ускорить широкое использование электротранспорта и миниатюрных электронных устройств.
Развитие производства графеновых батарей
В настоящее время графеновые батареи высокой мощности производят на поточной линии в Испании. Сравнительно дешевые аккумуляторы имеют один существенный недостаток — это большой размер источника питания. Такой тип нашел широкое применение для питания бортовой сети электромобиля, он оказался надежнее и безопаснее своего предшественника литий ионного аккумулятора. В 2017 году испанская производственная компания должна была начать массовое изготовление новых разработок источников питания, но о серийном выходе батарей до сих пор ничего не известно.
Интересно знать! Испания является единственной страной, в которой графеновый аккумулятор производится серийно.
Американские и европейские разработчики находятся на стадии научно-исследовательской работы. Однако ученые из Австрии значительно продвинулись вперед. У них получилось разместить монопленку графена в оболочку из гелия, в результате чего стало возможным сохранить пластины на стабильном расстоянии друг от друга. В результате было предотвращено возможное слипание.
Российские разработки направлены на создание магний графенового аккумулятора повышенной емкости с малыми размерами. О массовом производстве пока информации нет.
Графеновый аккумулятор в настоящее время можно считать новым поколением источников питания. В ближайшем будущем станет возможным заменить автомобильную технику с двигателем внутреннего сгорания на экологически чистый транспорт с питанием от графеновых батарей.
