Графеновые аккумуляторы

Коммерциализация технологии

Авторы аккумулятора-стикера не называют сроки появления своего детища в серийно выпускаемых устройствах. Они также не уточняют, на какой стадии разработки оно находится, и существуют ли рабочие прототипы, пригодные хотя бы для мелкосерийного производства.

В то же время ученые точно знают, в каких устройствах их изобретение появится в первую очередь. Помимо смартфонов с гибкими экранами это будет и носимая электроника – фитнес-трекеры, смарт-часы и т. д.

В существующих смартфонов с гибкими экранами устанавливаются два классических аккумулятора

Стоит отметить, что некоторые крупные вендоры действительно заинтересованы в использовании гибких аккумуляторов в своей продукции. В их число входит и компания Apple, которая еще в 2013 г. работала над собственной версией гибкого источника энергии. Она планировала использовать его в умных часах Watch, но по итогу во всех существующих поколениях этого устройства, включая вышедшее в сентябре 2019 г. поколение Series 5, применяется обычная литиевая АКБ.

Что касается смартфонов с гибким экраном, то в подавляющем большинстве из них для питания электронных компонентов используются два литиевых аккумулятора. Подобный принцип реализован в вышедшем в феврале 2019 г. Samsung Galaxy Fold, а вместе с ним – в Motorola Razr 2019 образца осени 2019 г. и раскладушке Samsung Galaxy Z Flip, увидевшей свет в феврале 2020 г.

  • Короткая ссылка
  • Распечатать

Графеновый аккумулятор для квадрокоптера

Любой летательный аппарат эффективности полета и его дальности обязан бортовой АКБ. При выборе источника энергии важны емкость, токоотдача, вес и габариты. До появления графеновых аккумуляторов непревзойденными качествами обладали литий-полимерные. Но они склонны к возгоранию при перезаряде и нагревании. Этих недостатков лишены магний графеновые аккумуляторы. Купить некоторые из образцов уже возможно.

Лучшим считается аккумулятор в жестком корпусе Turnigy Graphene 5000 mAh 2S2P. Новая батарея поддерживает высокую выходную мощность, под нагрузкой остается холодной. При этом батарея обеспечивает разряд 90С постоянно и 130С кратковременно. Вес конструкции с проводами и разъемами 291 грамм. Заряжается быстро с потреблением тока до 15 С, от LiPo зарядки.

Есть и другие аккумуляторы, разработанные на основе графеновых составляющих от разработчика Graphene. К ним относится:

  • модель FlyMod от компании ONBO Power;
  • Dinogy Ultra Graphene 02 4S 80C – вторая доработанная модель;
  • Thunder Power Adrenaline – лучшие модели для продолжительных полетов.

Преимущества и недостатки

Чтобы сделать определённые выводы про графеновые аккумуляторы, стоит взглянуть на их плюсы и минусы.

Да, это перспективная технология. Да и имеющиеся достоинства об этом наглядно говорят. Хотя и без недостатков здесь не обошлось. Даже в условиях, когда массово батареи ещё даже не начали выпускать.

Если говорить про плюсы и минусы, которыми характеризуются графеновые аккумуляторы, то на эти АКБ стоит взглянуть со всех сторон.

Для начала о сильных качествах перспективной технологии:

Батареи имеют небольшой вес. Они значительно легче в сравнении со свинцово-кислотными аналогами или другими источниками питания, используемыми в автомобилях. На 1 квадратный метр графена приходится всего 0,77 грамма веса.
Высокие показатели проводимости. В плане этой характеристики графен в разы лучше, чем ряд других полупроводниковых материалов.
Прочность и водонепроницаемость. Также важные характеристики, учитывая условия эксплуатации автомобилей и прочего транспорта, где такие АКБ могут использоваться.
Экологичность. В отличие от свинца и жидкого электролита, АКБ на основе графеновой технологии не будут загрязнять окружающую среду

Это решение ещё одной важной современной проблемы.
Удельная ёмкость. Отличные показатели

Потенциально графеновые батареи способны демонстрировать около 1000 Вт/ч на 1 кг.
Возможность регулировки свойств. Это достигается за счёт сочетания и комбинирования с графена с другими используемыми материалами.
Доступность сырья. В качестве сырья для получения графена используется графит. А это распространённый, доступный и недорогой материал.

Но не всё так радужно. Технология имеет ряд недостатков.

Исследователи говорят, что из-за плотности сделать АКБ компактными невозможно. Поэтому перспективы использования технологии в мобильных устройствах сомнительные. Батареи получаются массивными. Специалисты пытаются решить этот вопрос. Но пока ни одного серийного образца не выпустили.

С позиции автомобильной сферы всё намного интереснее. Потенциальный переход на графеновую технологию способен увеличить пробег актуальной Tesla Model S с 400 до 1000 км. без подзарядки.

Электромобиль Tesla Model S

На саму подзарядку батареи потенциально достаточно потратить 10-15 минут. Но при условии наличия мощной зарядной станции. Специалисты уверены, что такой вопрос решается довольно легко.

Проблема в литии, который также применяется при создании графеновых источников питания. Этого вещества в природе не так много. Полностью удовлетворить потребности автомобильной отрасли не получится. Поэтому ведутся работы над тем, чтобы вместо лития использовать магний.

На что способен пауэрбанк от Prestigio

С вопросом материала разобрались. Теперь переходим непосредственно к самому аккумулятору.

Ёмкость батареи составляет 10 000 мАч. Причём реальные 10 тысяч, а не как любят писать различные производители с «небольшим округлением». Не так много, но лично мне хватает на 3 полные зарядки айфона. Этого вполне достаточно.

На борту нас встречает 3 разъёма для зарядки:

️ Два USB 3.0 с поддержкой быстрой зарядки 18 Вт

Идеально подходят для подпитки iPhone 11 и iPhone 11 Pro.

️ Один USB-C — заветный порт с поддержкой QC 3.0, способный восполнить заряд даже у ноутбука. Тоже на 18 Вт

Но это ещё не всё. Здесь также есть функция беспроводной зарядки по стандарту Qi. Причём инженеры разместили её почти по всей поверхности. Можно положить айфон и не париться о том, как его потом подвинуть, чтобы он точно заряжался.

Мощность БЗУ — 10 Вт. Жаль, что iPhone 11 с ней не намного активнее заряжается, но все равно быстрее, чем на какой-нибудь ноунейм «банке».

Что меня ещё порадовало, так это нормальная индикация. Если в большинстве пауэрбанков просто горит 4-5 точек, которые мало говорят об уровне заряда, то в Prestigio Graphene PD есть нормальный индикатор, отображающий оставшуюся ёмкость в процентах. Это намного понятнее.

Как устроен графитовый аккумулятор

Принцип работы графеновых аккумуляторов ничем не отличается от классических свинцовых аккумуляторов. В них также протекают электрохимические процессы. Конечно, реакция, проходящая внутри батареи, отличается от процесса, в основе которого лежит кислотный электролит.

Устройство такого аккумулятора напоминает литиевые полимерные аккумуляторы. Сегодня для изготовления графен полимерных аккумуляторов, разработан ряд технологических процессов.

В одном в качестве катода используются чередующиеся пластины графена, совместно с кремнием. Роль анода играет кобальтат лития. Другая технология основана на замене кобальтата лития на дешевый оксид магния. Стоимость графенового АКБ с магнием намного дешевле, чем аналогичная стоимость аккумулятора с литием. Создать такой аккумулятор своими руками невозможно. Слишком сложная технология изготовления, не рассчитанная на бытовые условия. К преимуществам таких АКБ относятся:

  • Малый вес.
  • Компактные размеры.
  • Высокая проводимость.
  • Длительный срок эксплуатации.
  • Повышенная износостойкость.
  • Отвечает требованиям экологии.
  • Емкость — 1кВт/ч.
  • Возможность настройки нужных параметров.
  • Невысокая стоимость графена.
  • Трехмерные кристаллы углерода постоянно встречаются в природе.

К сожалению, кроме большого числа положительных качеств, этот материал отличается рядом серьезных недостатков. Исследования показали, что графеновые батареи обладают плотностью, которая не годится для аккумуляторов мобильных гаджетов. Изделие получается слишком большим. Сегодня ученые пытаются создать прибор с меньшими размерами, но пока еще не удалось получить рабочий образец.

Магний графеновый аккумулятор заинтересовал передовые компании, выпускающие автомобили. Установленный на электромобиль, аппарат увеличил пробег машины до 1000 км. Причем для зарядки такой батареи потребуется около 10 минут. На АЗС нужно будет установить специальные зарядные станции.

Современные электромобили отличаются от легковых машин небольшим пробегом. Заряда батареи хватает на небольшой пробег. Графеновые батареи легко решают эту проблему, пробег увеличивается до 1000 км. Такие аккумуляторы сделают электромобили более популярными и востребованными.

Для изготовления графеновых батарей используется литий. В природе литий встречается не слишком часто, его запасы не способны удовлетворить мировое автомобилестроение. Сегодня инженеры разрабатывают приборы, в которых магний встанет на замену лития.

Посмотрите интересное видео про самодельный графеновый аккумулятор.

https://youtube.com/watch?v=adMcRudVS-w

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.

Российские исследователи заменили анод оксидом магния. Композиция дешевле, меньше нагревается аккумулятор и уменьшается опасность возгорания. Ученые прогнозируют емкость новых, магниево-графеновых аккумуляторов, больше литиевых в 2,5 раза.

Не остались в стороне разработчики в области IT-технологий. Графеновые аккумуляторы входят в производство. Уже в 2018 году эксперты из компании Elecjet выпустят портативный заряжающий аккумулятор USB-C на графеновой основе. Зарядить телефоны iPhone 5,6,7 можно будет за 5-10 минут.

В январе 2018 года компания Samsung обещала поставить в торговые сети новый смартфон Galaxy S9 с настоящей графеновой батареей. При емкости в 3000мА/ч заряжаться телефон будет 15 минут. Компания получила патент на графеновый аккумулятор для смартфонов и будет единственным мировым поставщиком.

Преимущества аккумуляторов

К основным достоинствам источников питания из инновационного материала относят:

  • Низкая масса. Квадратный метр вещества за счет пленочной структуры, состоящей из слоя в один атом, весит менее 1 грамма. Благодаря чему, батареи, источники питания и другие изделия из материала получаются значительно легче аналогов;
  • Вещество полностью прозрачное, что позволяет проще обслуживать агрегаты на основе графена;
  • Высокие физические характеристики гибкости и прочности. Графен прочнее стали приблизительно в 200 раз при сходной толщине, благодаря чему механические повреждения не наносят вреда аккумулятору. За счет пленочной структуры батарею будет легко восстановить;
  • Большое количество свободных ионов и рекордная проводимость заряда позволяют получать скорость до 100 раз выше, чем у кремния. Поэтому материал можно использовать для создания электронных вычислительных машин.

Графен представляет собой инновационный материал с высокими физическими характеристиками прочности и проводимости. За счет чего сырье нашло применение во множестве различных сфер, начиная от радиодеталей и компьютеров, заканчивая источниками питания. Аккумуляторы из графена с магниевым элементом отличаются повышенной относительно аналогов емкостью и крайне высокой скоростью заряда. Благодаря чему, могут использоваться во множестве сфер, начиная от автомобилестроения, заканчивая питанием различным деталей, изготовленных своими руками.

Видео на тему графеновых аккумуляторов

https://youtube.com/watch?v=u-ZrP8z2jJI

В природе углерод имеет две формы – графит и алмаз. Одна из них используется в карандашах, другая – является наиболее прочным материалом на планете. В 2004 году группа российских ученых обнаружила третью форму – графен.

Вещество представляет собой пленкообразную структуру из углеродных атомов. В природе данная двумерная пленка не встречается, единственный способ получения – изготовление под давлением и температурой. Фактически вещество представляет собой плоскость графита, которую отделяют от единой структуры. Между собой атомы углерода соединены в шестигранную кристаллическую решетку. За счет высокой плотности связей вещество обладает высокой степенью жесткости и огромным запасом теплопроводности. За счет повышенной подвижности электронов в веществе материал перспективен для использования в полупроводниковых схемах, батареях и нанотехнологиях. Графеновые аккумуляторы отличаются рекордной емкостью при незначительной массе.

Что это такое

Специалисты давно ведут работу над поиском материалов, которые можно эффективно использовать для создания АКБ. Но пока свинцовые пластины так и остаются основой. Они совершенно не удовлетворяют запросы современных электромобилей и экологического транспорта.

Огромный шаг вперёд в этом направлении удалось сделать в 2004 году. Именно тогда двоё учёных из Великобритании сумели создать в лабораторных условиях новое вещество. Оно изготовлено на основе углерода и носит название графен. Через 6 лет за свою разработку они удостоились Нобелевской премии.

Графен — это одна из разновидностей графита. В состав вещества входят атомы углерода. Кристаллы материала напоминают листы бумаги, которые сложены в большое количество слоёв.

Кристаллическая структура графена

Тут стоит учесть свойства графита. Его атомное взаимодействие между слоями является слабее, нежели в середине. Из-за этого графит широко применяют при производстве карандашей. В итоге учёные расщепили графит на слои, и создали новое вещество. Свойства получились такими же, только усиленными в несколько раз.

Подобные разработки дали новый серьёзный толчок в развитии электроники, а также новых видов батарей и аккумуляторов. Графит по своей природе обладает высокой электропроводностью и отлично проводит тепло. В итоге графен стал заменителем для целого ряда дорогостоящих материалов. Поскольку графит доступен в природе в больших количествах, то с производством графена на его основе проблем не возникает.

Сравнение с литий-ионными батареями

Удельная энергия нового корейского аккумулятора составляет 1,08 мВтч на каждый см3 его площади. Этот параметр находится приблизительно на одном уровне с тонкопленочными литий-ионными АКБ.

В то же время удельная мощность нового аккумулятора равна 83,5 мВт на каждый см3. Это, по словам разработчиков, в 13 раз больше, чем у литиевых батарей.

Литий-ионные АКБ из-за особенностей конструкции не способны выдерживать сильные деформации и сохранять при этом не только работоспособность, но и емкость. В ряде случаев сильные изгибы таких батарей могут привести к их возгоранию, а иногда, как это было со смартфоном Samsung Galaxy Note 7, для этого достаточно и легкой деформации.

Инвестиции в столичный финтех резко выросли после многолетнего спада
Инновации и стартапы

В этом плане аккумулятор, созданный корейскими учеными, существенно более надежен. Помимо этого, он способен сохранить 99% своей емкости после 200 циклов сгибания, да и «бомбардировка» ультракороткими лазерными импульсами тоже практически не влияет на этот параметр. После 200 циклов «приклеивания» аккумулятора путем его частичного расплавления емкость сохраняется на уровне 97%. Создатели батареи, тем не менее, не уточняют, почему при монтаже аккумулятора нужно использовать именно лазер вместо обычного двухстороннего скотча или просто клейкой субстанции – оба эти способа используют все крупные производители мобильной электроники, включая Apple.

Проблемы новой технологии

Плюсы новой технологии очевидны, но производство графеновых АКБ имеет и свои недостатки.

Большие размеры аккумуляторов

Большой размер батарей не позволяет устанавливать их в мобильные устройства.

  • в металлической емкости в течение двух суток миксером, который работает от асинхронного двигателя, взбивают графитовый порошок и жидкость для мытья посуды;
  • пену высушивают, полученную пыль растворяют в лаке для обработки алюминия;
  • состав наносят на подложку из алюминия – получившийся материал и есть графен.

Перспектива использования графеновых аккумуляторов в качестве альтернативного источника энергии может радикально изменить будущее человечества – отказ от углеводородов поможет улучшить экологию планеты.

Особенности магний-графенового аккумулятора

Батареи из магния были разработаны в 2017 году учеными и инженерами из Испании. Графеновые аккумуляторы с использованием магния в качестве электролита отличаются крайне быстрой скоростью заряжания и емкостью. Фактически это батареи нового поколения. Стоимость, относительно литий-ионных аналогов, упала на 77%. Масса также снизилась, на 50%. За счет высокой подвижности ионов время зарядки батареи составляет 8 минут. Максимальная емкость батареи достаточна для 1000 километров езды на электромобиле.

После тестирования немецкими автомобильными концернами было принято решение об ее использовании в промышленности. Хотя электромобиль без использования ископаемых источников топлива не способен достигать скорости традиционных транспортных средств на бензине или дизельном топливе, однако стоимость питания и обслуживания у него значительно ниже. Благодаря чему, машины на электричестве становятся перспективной разработкой.

Важно! Относительно серийных авто на литий-ионных батареях, которые требуют подзарядки, графеновые аккумуляторы заряжаются намного быстрее и дают дальность хода приблизительно в 3 раза дольше

Электрическая схема ВАЗ-2101, ВАЗ-2102

Электрическая схема ВАЗ-2101, ВАЗ-2102

Руководство по ремонту и эксплуатации — Схемы электрооборудования ВАЗ-2101 — ВАЗ-2107 — Электрическая схема автомобилей ВАЗ-2101, ВАЗ-2102Электрическая схема автомобилей ВАЗ-2101, ВАЗ-2102.

1 – фары; 2 – подфарники; 3 – боковые указатели поворота; 4 – аккумуляторная батарея; 5 – реле контрольной лампы заряда аккумуляторной батареи; 6 – генератор; 7 – стартер; 8 – подкапотная лампа; 9 – свечи зажигания; 10 – датчик контрольной лампы давления масла; 11 – датчик указателя температуры охлаждающей жидкости; 12 – звуковые сигналы; 13 – распределитель зажигания; 14 – электродвигатель стеклоочистителя; 15 – датчик контрольной лампы уровня тормозной жидкости; 16 – катушка зажигания; 17 – регулятор напряжения; 18 – выключатель стеклоочистителя, расположенный в насосе омывателя ветрового стекла; 19 – электродвигатель отопителя; 20 – лампа освещения вещевого ящика; 21 – добавочный резистор электродвигателя отопителя; 22 – штепсельная розетка для переносной лампы; 23 – выключатель контрольной лампы стояночного тормоза; 24 – выключатель сигнала торможения; 25 – реле-прерыватель указателей поворота; 26 – выключатель света заднего хода; 27 – блок предохранителей; 28 – реле-прерыватель контрольной лампы стояночного тормоза; 29 – реле стеклоочистителя; 30 – переключатель электродвигателя отопителя; 31 – прикуриватель; 32 – выключатели плафонов, расположенные в стойках задних дверей; 33 – выключатели плафонов, расположенные в стойках передних дверей; 34 – плафоны; 35 – выключатель зажигания; 36 – комбинация приборов; 37 – указатель температуры охлаждающей жидкости; 38 – контрольная лампа дальнего света фар; 39 – контрольная лампа наружного освещения; 40 – контрольная лампа указателей поворота; 41 – контрольная лампа заряда аккумуляторной батареи; 42 – контрольная лампа давления масла; 43 – контрольная лампа стояночного тормоза и уровня тормозной жидкости; 44 – указатель уровня топлива; 45 – контрольная лампа резерва топлива; 46 – лампа освещения комбинации приборов; 47 – выключатель звукового сигнала; 48 – переключатель света фар; 49 – переключатель указателей поворота; 50 – выключатель наружного освещения; 51 – выключатель освещения приборов; 52 – переключатель стеклоочистителя; 53 – датчик указателя уровня и резерва топлива; 54 – лампа освещения багажника; 55 – задние фонари; 56 – фонарь освещения номерного знака; 57 – фонарь света заднего хода; 58 – штепсельные колодки заднего пучка проводов автомобиля ВАЗ-2102; 59 – плафон освещения задней части салона автомобиля ВАЗ-2102. Цитата

Теперь это моя любимая «банка»

Через мои руки прошло колоссальное количество пауэрбанков: от ноунеймов и Xiaomi до InterStep и Samsung.

Свежая модель Prestigio выделяется среди них абсолютной всеядностью, прекрасной стабильностью и максимальной надёжностью. Заряжается, разряжается, поддерживает одинаковую ёмкость — всё работает как часы и соответствует паспортным данным.

И если другие гаджеты ломались быстро, то этому я доверяю на 100%. Думаю, через год или два он будет работать так же хорошо, как и сейчас.

iPhones.ru

Я просто в него влюбился.

Артём Баусов

Главный по новостям, кликбейту и опечаткам. Люблю электротехнику и занимаюсь огненной магией.

Telegram: @TemaBausov

Устройство АКБ на основе графена

Теперь стоит рассмотреть особенности устройства графеновых аккумуляторов для электромобилей, поскольку именно в этой сфере могут применяться такие источники питания.

Интересно, что принцип работы ничем не отличается от того, как работают обычные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. Здесь также протекают аналогичные электрохимические процессы. Но, разумеется, реакции внутри АКБ совершенно иные.

Это к вопросу о том, как устроен потенциально перспективный графеновый аккумулятор.

Рассматриваемый тип батарей можно сравнить с литий-полимерными аккумуляторами, поскольку по устройству они во многом похожи. Уже существует несколько технологий, позволяющих создавать графен-полимерные источники питания:

  1. Одна из технологий предусматривает чередование пластин из графена и кремния, которые используются в качестве катода. При этом в роли анода применяют кобальтат лития.
  2. Другая технология подразумевает, что вместо кобальтата задействуют более финансово доступный оксид магния, а катод останется аналогичным. Если судить по стоимости, сочетание магния и графена при создании АКБ обойдётся значительно дешевле, если сравнивать с аналогичным вариантом с использованием лития. Магний-графеновые АКБ вызывают повышенный интерес у автопроизводителей. Ведь потенциально при установке таких батарей на электрокар можно увеличить проходимую дистанцию автомобиля до 1000 километров без остановок на дозарядку. При этом полная зарядка будет занимать около 10 минут. Правда, для работы с графеновыми АКБ потребуются специальные зарядные устройства, которыми планируется оснастить АЗС.

Многие эксперты уверены, что именно за счёт повышения автономного пробега удастся привлечь повышенное внимание к электрическим машинам и наконец-то запустить плавный переход от ДВС к электромоторам. Чтобы создать графеновые АКБ, применяют литий

Но это не самый распространённый и часто встречающийся природный материал. Его запасов объективно недостаточно для того, чтобы покрыть спрос со стороны автопроизводителей. Потому инженеры активно работают над созданием устройств, способных обеспечить замену лития на магний

Чтобы создать графеновые АКБ, применяют литий. Но это не самый распространённый и часто встречающийся природный материал. Его запасов объективно недостаточно для того, чтобы покрыть спрос со стороны автопроизводителей. Потому инженеры активно работают над созданием устройств, способных обеспечить замену лития на магний.

Какие именно характеристики смогут на практике обеспечить графеновые аккумуляторы при оснащении электромобилей, пока спрогнозировать сложно. Но специалисты не сомневаются, что будущее за графеном.

Как устроены аккумуляторы

Многих интересует вопрос устройства графеновых аккумуляторов для электромобилей, которые активно развиваются и производятся в настоящее время.

Если говорить о том, как устроен изучаемый графеновый аккумулятор, и на основе каких принципов он работает, то тут существенного отличия от АКБ для машин с двигателем внутреннего сгорания нет. Разница только в протекающих внутри электрохимических процессах.

В большей степени они напоминают реакцию, которая наблюдается в батареях литий-полимерного типа.

Важно отметить, что сейчас акцент делается на 2 технологиях в сфере создания аккумуляторов с графеном. Одна из них разрабатывается в США, а над второй работают российские специалисты

  • Американская модель предусматривает использования кобальтата лития и катода, основанного на графеновых и кремниевых пластиках.
  • Российская версия — это магний-графеновый источник питания. Здесь применяют не литиевую соль в качестве анода, а оксид магния. Последний отличается ценовой доступностью и более низкими показателями токсичности.

В двух моделях АКБ ионы на увеличенной скорости проходят между анодами и электродами батареи, что обусловлено высокой электропроницаемостью материала, а также его свойствами накапливать заряды электричества.

Специалисты из США и России расходятся во мнении относительно возможных показателей ёмкости. Американские разработчики уверены, что им удастся поднять ёмкость до показателей, в 10 раз превышающих возможности литий-ионных АКБ. Российские учёные делают более приземлённые прогнозы. По их мнению, ёмкость увеличится в 2-3 раза.

Какие характеристики в итоге приобретут графеновые аккумуляторы, и смогут ли их использовать для оснащения электромобилей так же, как и литий-ионные АКБ, говорить сложно. Но у учёных оптимистичные прогнозы.

А выглядит-то как!

Тот случай, когда хочется вынуть аккумулятор из сумки и положить на стол, чтобы его видели все. Дизайн реально премиальный.

Обычный пауэрбанк не привлекает внимание своим внешним видом. Выглядит дорого и строго, такое не стыдно положить рядом с iPhone 11 на барную стойку или на стол во время совещания

И все благодаря закаленному стеклу и металлической рамке. Прямо как в современных смартфонах

Выглядит дорого и строго, такое не стыдно положить рядом с iPhone 11 на барную стойку или на стол во время совещания. И все благодаря закаленному стеклу и металлической рамке. Прямо как в современных смартфонах.

Собственно, стекло выбрано не только ради люксового дизайна. Под ним размещена беспроводная зарядка, а также цифровой монохромный индикатор.

Однако есть небольшой лично для меня минус. Весит такой девайс целых 290 грамм. Это увесистое устройство, но довольно компактное: 80х17х110 мм.

Хотя это понятно. В гаджете встроено много технологий, и на фоне конкурентов он не намного тяжелее. Примерно на одном уровне. Но ему это даже к лицу.

Ну и приятный бонус от производителя. В коробке лежит стильный кожаный чехол, который только подчеркивает статусность девайса.

Принцип работы

Далее немного о том, как работает и на чём основывается графеновый аккумулятор.

В действительности принцип работы рассматриваемого графенового источника питания практически не отличается от классического свинцово-кислотного аккумулятора. Разница лишь в электрохимических процессах, протекающих внутри корпуса. Здесь их можно сравнить с литий-полимерными АКБ.

Чтобы лучше понять принцип работы разрабатываемого графенового аккумулятора, стоит выделить 2 основные технологии.

  1. Американская технология. Здесь в качестве источников возникающей реакции, обеспечивающий формирование заряда, используют кобальтат лития и пластины кремния и графена, которые чередуются друг с другом.
  2. Российская технология. Это аналог в виде магний-графеновой АКБ. Здесь вместо литиевой соли применяют оксид магния.

Графен отличается высокими показателями электропроницаемости и имеет склонность к накапливанию электрических зарядов. Эти особенности позволяют за счёт графена добиться увеличения скорости движения ионов, и тем самым повышается потенциальная ёмкость источника питания.

Изначально, когда технологию только начали разрабатывать, к листам графена добавляли литий. Но происходила бурная реакция при контакте с водой, и возникали окислительные процессы, из-за чего реализовать схему не удалось.

Когда литий контактирует с водой вне герметичного корпуса, это провоцирует сильнейший взрыв. Подобные АКБ ставить на машине очень опасно, поскольку в случае повреждения аккумулятор может выступить в роли причины возгорания.

Также литий-графеновые АКБ, как показали испытания, нуждаются в продолжительной зарядке. А это для электрокаров точно не подходит.

Всё это привело к тому, что разработчики переключились на магний-графеновые модификации.

Как движется разработка современных графеновых аккумуляторов

Если говорить о промышленных масштабах, то разработкой этого материала занимается испанская фирма Graphenano. Ее инженерам удалось создать графеновую батарею, стоимость которой на 70% ниже, чем у других производителей. Тестирования нового аккумулятора показало увеличение пробега электромобиля до 1000 км. Его полная зарядка происходит в течение 7 минут. Вес такой батареи намного меньше массы литий-ионного аналога, имеющего похожие характеристики.

В 2015 году фирма Graphenano создала в Испании большое предприятие, занимающееся производством графеновых аккумуляторов. В открытии участвовали инженеры фирмы Grabat Energy, а также ученые Кордовского университета. Мощности завода позволяют выпускать 80 миллионов ячеек в год. Выпуск новых графен-полимерных аккумуляторов ожидался в начале 2017 года. Однако, изделия выпущенного на этом предприятии, пока еще никто не видел.

Руководство Graphenano утверждает, что новые графеновые батареи для электромобилей, будут пожаробезопасными, полностью защищенными от возникновения короткого замыкания. Специальный полимерный материал, который необходим для создания прибора, разработали немецкие ученые из института TUV, совместно с учеными из испанского университета Декра.

Немецкие концерны уже начали сегодня тестировать на собственных автомобилях продукцию Graphenano.

США также занимались созданием таких изделий. Основная работа касалась увеличения емкости батареи, достижения быстрой зарядки. Принцип действия таких АКБ аналогичен литиевым изделиям. Емкость батареи зависимости от числа ионов, находящихся в кристаллической решетке анода (катода).

Активность движения таких ионов оказывает серьезное влияние на быстроту зарядки. Для достижения большей ёмкости, ученые установили между слоями графена специальные кремниевые кластеры. Чтобы скорость заряда стала намного быстрее, в пластинах материала были сделаны отверстия, величиной 15–20 нанометров. Они способствовали ускорению движения ионов лития

Ученые австралийского университета Monash, при разработке графеновой батареи, стремились достичь стабильного состояния аккумулятора. Дело в том, что это материал постоянно стремится превратиться в обыкновенный графит. Если это происходит, уникальные характеристики полностью исчезают. Австралийским учёным удалось решить эту проблему. Они превратили графеновые пластины в водянистый гель. По их мнению, если аккумулятор будет состоять из такого геля, батарея будет заряжаться в течение нескольких секунд.

Ученые университета Monash, решили поместить этот материал в гелиевый раствор. В результате, пластины перестали слипаться, стало поддерживаться стабильное состояние вещества. Такие изменения позволили использовать материал и для создания других конструкций. Для получения гелия применялось два компонента:

Производство гелиевого раствора не требует больших финансовых затрат. Аккумулятор на таком растворе отличается сильным электрическим зарядом, который на порядок превосходит аналогичные показатели литий-ионных АКБ. Такие передовые разработки обещают коммерческий успех, однако серийных образцов до сих пор нет.

В России разработка графеновых аккумуляторов связана с использованием магния, который должен заменить литий. Российские ученые считают приоритетным направлением применение графеновых изделий в автомобилестроении, ветряной или солнечной энергетике.

Разработкой новейших аккумуляторов для электромобилей в России, занимается компания «Конгран». Инженеры пытаются создать прибор, мощность которого будет намного превышать все имеющиеся, современные аналоги. Причем стоимость таких устройств будет гораздо дешевле.

Российские ученые предложили устанавливать катод, сделанный из гипероксидированного графена. Анод должен состоять полностью из чистого магния. Все аккумуляторы работают по одному принципу. В них происходит реакция окисления вещества и его дальнейшее восстановление.

Для проведения такой реакции полностью подходит магний. Он стоит намного меньше лития. Это вещество не имеет недостатков, характерных для лития. К примеру, на воздухе литий начинает мощную реакцию с водой, он очень сложен для утилизации. Магниевый анод придает такой батареи большую энергетическую емкость. Технологический процесс добычи магния аналогичен получению алюминия. Довольно часто магний находят в глине.

Компания Haval готовит загадочную модель — это будет кроссовер или внедорожник. Первые подробности

Что за графен такой и чем он лучше литий-иона

Графен представляет из себя совокупность атомов углерода, тесно связанных в гексагональную или сотовую структуру. Она имеет толщину всего в один атомный слой, что делает графеновый слой двумерным.

Благодаря этому материал обладает превосходной электро- и теплопроводностью, высокой гибкостью, прочностью и малым весом. Суперконденсаторы обеспечивают работу аккумуляторов, которые дольше служат и заряжаются практически мгновенно. В идеальных условиях.

С ходу отмечу основные преимущества технологии:

Скорость зарядки намного выше. Одно из главных достоинств графеновых аккумуляторов в том, что они способны примерно в 4 раза быстрее заряжаться, чем литий-ионные.

Компактные размеры. Графеновые аккумуляторы легче и тоньше, за счёт чего можно вставить более ёмкую батарею в относительно небольшой корпус.

Так, литий-ионный аккумулятор накапливает до 180 Вт/ч энергии на килограмм, а графен — до 1000 Вт/ч на килограмм. Чувствуете разницу?

Надёжность графена очень высока. Литий-ионные аккумуляторы постоянно страдают от перегрева, перезарядки и деформации, есть шанс возгорания или даже взрыва. Понятное дело, что производители пытаются это свести на минимум, но не всегда это получается. Брак есть везде.

Графен в этом плане намного стабильнее. Он не перегревается, почти не зависит от перенасыщенности ёмкости, ещё и гибкий, так что мелкие деформации ему не страшны.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector