Was sind Graphenbatterien?

Vielleicht wird in naher Zukunft die Hegemonie der Lithium-Ionen-Batterien ein Ende haben, weil ein neuer Batterietyp auf den Markt kommt - Graphen. Schauen wir uns also Graphenbatterien genauer an und finden heraus, welche Eigenschaften sie haben und warum sie so gut sind.

Was ist Graphen?

Lassen Sie uns zunächst ein paar Worte zu einem Material wie Graphen sagen. Dieses Material wurde bereits 2004 von russischen Wissenschaftlern künstlich gewonnen und ist eine filmartige Struktur aus Kohlenstoffatomen.

Einfach ausgedrückt ist Graphen die Ebene des Graphits, die von der allgemeinen Struktur des Materials getrennt ist. Gleichzeitig sind die Atome so angeordnet, dass ein hexagonales Kristallgitter entsteht.

In diesem Fall ist die gebildete Substanz so dicht, dass sie einen erhöhten Steifigkeitsgrad und einen kolossalen Spielraum der Wärmeleitfähigkeit aufweist.

In diesem Fall können sich Elektronen frei über die Struktur des Films bewegen, was breite Perspektiven für die Einführung eines neuen Materials in Halbleiterschaltungen eröffnet.

Graphen und Batterien

Der erste Bereich, in dem die Entscheidung für die Verwendung von Graphen getroffen wurde, ist die Herstellung von Autobatterien.

In den ersten Experimenten wurde Graphen mit Lithium kombiniert, aber wie die Praxis gezeigt hat, stellte sich heraus, dass dies die falsche Entscheidung war. Dies liegt daran, dass Lithium eine extrem aggressive Substanz ist und Lithium bei Kontakt mit Wasser explodiert.

Daher weigerten sie sich, solche Modifikationen von Batterien in Elektrofahrzeuge einzubauen, da im Falle eines Unfalls und einer Beschädigung der Batterie eine sehr hohe Brandwahrscheinlichkeit bestand.

Auch für die Herstellung solcher Batterien wurde eine große Menge Lithium benötigt, und dies ist ein teures Metall.

Daher wurde beschlossen, nach einer Alternative zu Lithium zu suchen, und es wurden zwei Optionen gleichzeitig gefunden:

1. Amerikanisches Modell. Ihrer Meinung nach ist die Reaktionsquelle bereits Kobalt-Lithium und eine Verbundkathode aus Silizium- und Graphenplatten.

2. Russisches Modell. Wo Magnesium-Graphen-Modifikation verwendet wird, wo die Lithiumsalzanode erfolgreich durch Magnesiumoxid (eine viel häufigere und billigere Substanz) ersetzt wurde.

Trotz unterschiedlicher Ansätze sind die Vor- und Nachteile von Graphenbatterien identisch.

Vor- und Nachteile von Graphenbatterien

Wenn wir klassische Lithium-Ionen-Batterien mit Graphen vergleichen, bieten letztere folgende Vorteile:

- Graphen wird aus leicht verfügbaren und billigen Rohstoffen hergestellt.

- Das produzierte Material ist sehr leicht. Ein Quadratmeter Graphen wiegt also nur 1 Gramm, wodurch Sie die Masse der Batterie erheblich reduzieren können.

- Umweltschützer können gut schlafen, da Graphen umweltfreundlich ist.

- Graphen hat eine erhöhte Festigkeit und Wasserbeständigkeit.

- Beschädigte Oberflächen können leicht wiederhergestellt werden.

- Die Leitfähigkeit von Graphen ist deutlich höher als die eines anderen Leiters (natürlich im Moment).

- Erhöhte spezifische Kapazität. Beispielsweise kann ein Auto mit installierter Graphenbatterie mit einer einzigen Ladung bis zu 1.000 Kilometer fahren. Kilometer.

- Die Kapazität von Graphenbatterien nimmt aufgrund häufiger Entlade- und Ladezyklen nicht ab.

- Die volle Ladezeit beträgt nur 8 Minuten.

Wie Sie sehen können, sind die Vorteile nur ein Wagen und ein kleiner Wagen, aber es gibt auch Nachteile, nämlich:

- Graphen hat eine relativ geringe Dichte, daher gibt es immer noch erhebliche Einschränkungen bei seiner Verwendung. Zum Beispiel wäre ein Handy mit einer Graphenbatterie übergroß.

Wie eine Graphenbatterie funktioniert

Tatsächlich unterscheidet sich die Struktur einer Graphenbatterie nicht wesentlich von der Struktur einer Lithium-Ionen-Batterie mit einem Festelektrolyten. Das einzige ist, dass im Fall von Graphen die Kathode aus Kohlekoks besteht, weil sie chemisch ist. Die Zusammensetzung kommt reinem Kohlenstoff nahe und Graphit wird durch Graphen ersetzt.

Um die Kapazität der Batterie zu erhöhen, fügten die Ingenieure Siliziumabschnitte zwischen den Graphenschichten hinzu. Und um die Laderate zu erhöhen, wurden kleine Löcher mit einem Durchmesser von 15 bis 20 Nanometern in Graphenplatten gemacht.

Das ist alles, sonst ist es eine normale Batterie.

Fazit

Ohne Zweifel werden Graphenbatterien immer noch ihre Nische finden und möglicherweise Lithium-Ionen-Batterien vollständig von ihrem Sockel schieben, aber bis sie auf den breiten Markt kommen, ist es zu früh, darüber zu sprechen. Wenn Ihnen der Artikel gefallen hat, heben Sie die Daumen und abonnieren Sie ihn. Und noch interessanter und nützlicher finden Sie auf meiner Seite, wo die Artikel etwas früher veröffentlicht werden.