Grafenové baterie a technologie plně vysvětleny – AgileWave Group Inc.
Materiály pro baterie vyvinuté Národní laboratoří Pacifického severozápadu (PNNL) Ministerstva energetiky a společností Vorbeck Materials Corp. z Jessupu v Marylandu by mohly pomoci s dobíjením elektrického nářadí a dalších zařízení, která používají lithium-iontové baterie.za pár minut spíše než hodinky. Technologie grafenových baterií navíc slibuje zvýšení kapacity použitím křemíkových anod místo uhlíkových v nových lithium-iontových bateriích.
Někteří výrobci, jako například Positec (který vyrábí Worx, Rockwell a Kress), již používají technologii grafenových baterií v některých přenosných elektrických nástrojích.
Grafen existuje jako jedna vrstva atomů uhlíku. Tyto atomy jsou uspořádány v organizovaném hexagonálním vzoru. Grafen je téměř „dvourozměrný“ materiál s některými jedinečnými fyzikálními a chemickými vlastnostmi, které mu dávají řadu výhod. Patří mezi ně vysoká elektrická vodivost, vynikající mechanická pevnost a vysoká tepelná vodivost.
Grafen ve skutečnosti vede elektrický proud 100krát účinněji než měď! Elektrony vede také 140krát rychleji než křemík. Proto je grafen tak důležitý pro objevování způsobů, jak rychleji nabíjet baterie.
Výrobci (a vědci) vnímají grafen jako slibný materiál pro širokou škálu aplikací. Na základě výzkumu i toho, jak ho dnes vidíme v jeho využití, by mohl hrát velmi důležitou roli v elektronice, ukládání energie a kompozitech. Vzhledem k jedinečným vlastnostem grafenu by mohl potenciálně způsobit revoluci v ukládání energie a hustotě výkonu dostupné v nejlepším elektrickém nářadí.
Vynález grafenových baterií začal objevem způsobu výroby grafenu v jednoatomové formě. Toto úsilí se obvykle připisuje týmu výzkumníků z Manchesterské univerzity ve Velké Británii. Tým vedený nositeli Nobelovy ceny Sirem Andrem Geimem a rusko-britským fyzikem Konstantinem Novoselovem objevil v roce 2004 některé zajímavé vlastnosti grafenu.
Během jednoho z týdenních „Pátečních nočních experimentů“ Andrea a Kostii oba vědci použili lepicí pásku k odstranění několika vloček z kusu grafitu. Když si všimli, že některé vločky byly tenčí než jiné, pokračovali v experimentech. Opakovaným oddělováním fragmentů grafitu nakonec vytvořili vločky silné jen jeden atom! Tento experiment vedl k první izolaci grafenu.
Společnost Vorbeck Materials Corp. spolupracovala s Ilhanem Aksayem, profesorem chemického a biologického inženýrství na Princetonské univerzitě. Pacifická severozápadní národní laboratoř (PNNL) prokázala, že malé množství grafenu – ultratenkého plátu atomů uhlíku – může výrazně zlepšit výkon a cyklickou stabilitu lithium-iontových baterií. Navíc to dokáže při zachování vysoké kapacity pro ukládání energie.
V roce 2016 představila pekingská společnost Dongxu Optoelectronic Technology baterii G-King s kapacitou 4800 mAh. Tato baterie notebookového typu se nabije za méně než 15 minut a vydrží až 3500 nabíjecích cyklů.
V roce 2017 Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) oznámil svou „grafenovou kouli“. Tento unikátní materiál pro baterie prokázal 45% nárůst kapacity spolu s rychlostí nabíjení až 5krát vyšší než u standardní lithium-iontové baterie.
Nová technologie slibuje obrovské výhody pro mobilní zařízení i elektromobily. Trh s elektromobily dává velký smysl, když si uvědomíte, že grafenová koule dokáže odolat stabilní teplotě 60 stupňů Celsia.
Společnost Samsung byla průkopníkem v metodách syntézy grafenu ve 2D formě a jeho následného použití v bateriích. Toho bylo dosaženo za použití snadno dostupného oxidu křemičitého (SiOXNUMX). Tuto „grafenovou kuličku“ aplikovali jak na ochrannou vrstvu anody, tak na katodové materiály v lithium-iontových bateriích.
Hustota výkonu standardních lithium-iontových baterií se stále zvyšuje, ale nedošlo k velkému pokroku ve zkrácení doby nabíjení. Grafenové baterie mají oproti standardním lithium-iontovým bateriím dvě hlavní výhody:
Princip jeho fungování je jednoduchý – alespoň teoreticky. Používání baterií na bázi grafenu je zcela nový směr. Umožňuje rychlejší nabíjení článků baterie. Lithium-iontové baterie fungují na principu přenosu lithiových iontů mezi katodou a anodou pomocí kapalného elektrolytu. To trvá určitou dobu, zejména během fáze nabíjení.