Predstavte si mobilný telefón, ktorý vydrží nabitý viac ako týždeň a následne sa nabije za 15 minút. Fantastický? Ale môže sa stať realitou vďaka novej štúdii vedcov z Northwestern University (Evanston, Illinois, USA). Tím inžinierov vyvinul elektródu pre lítium-iónové dobíjacie batérie (používané vo väčšine dnešných mobilných telefónov), ktorá dokáže zvýšiť ich energetickú kapacitu 10-krát. Toto príjemné prekvapenia bez obmedzenia - nové batériové zariadenia sa môžu nabíjať 10-krát rýchlejšie ako súčasné.
Aby sme prekonali uložené obmedzenia existujúcich technológií na energetickú kapacitu a rýchlosť nabíjania batérie vedci použili dva rôzne chemicko-technologické prístupy. Výsledná batéria predĺži nielen prevádzkovú dobu malých elektronické zariadenia(ako telefóny a notebooky), ale tiež pripraviť cestu pre vývoj efektívnejších a kompaktnejších batérií pre elektrické vozidlá.
„Našli sme spôsob, ako predĺžiť dobu uchovávania nabitia novej lítium-iónovej batérie 10-krát,“ povedal profesor Harold H. Kung, jeden z hlavných autorov štúdie. „Dokonca aj po 150 nabíjacích/vybíjacích reláciách, čo znamená najmenej rok prevádzky, zostáva päťkrát účinnejší ako lítium-iónové batérie na dnešnom trhu.“
Prevádzka lítium-iónovej batérie je založená na chemickej reakcii, pri ktorej sa lítiové ióny pohybujú medzi anódou a katódou umiestnenou na opačných koncoch batérie. Počas prevádzky batérie migrujú lítiové ióny z anódy cez elektrolyt ku katóde. Pri nabíjaní sa ich smer zmení presne opačne. Existujúce na tento moment batérie majú dve dôležité obmedzenia. Ich energetická kapacita – to znamená, ako dlho dokáže batéria udržať nabitie – je obmedzená hustotou nabitia alebo tým, koľko lítiových iónov sa zmestí na anódu alebo katódu. Rýchlosť nabíjania takejto batérie je zároveň obmedzená rýchlosťou, ktorou sa lítiové ióny dokážu pohybovať cez elektrolyt k anóde.
V súčasných nabíjateľných batériách môže mať anóda, vyrobená z viacerých grafénových plátov, iba jeden atóm lítia na každých šesť atómov uhlíka (z ktorých je vyrobený grafén). V snahe zvýšiť energetickú kapacitu batérií už vedci experimentovali s nahradením uhlíka kremíkom, ktorý pojme oveľa viac lítia: štyri atómy lítia na každý atóm kremíka. Kremík sa však počas nabíjania prudko rozťahuje a zmršťuje, čo spôsobuje fragmentáciu látky anódy a v dôsledku toho rýchlu stratu nabíjacej kapacity batérie.
V súčasnosti pomalá rychlosť nabíjanie batérie sa vysvetľuje tvarom grafénových plátov: v porovnaní s hrúbkou (čo je len jeden atóm) sa ich dĺžka ukazuje ako neúmerne veľká. Počas nabíjania musí lítium-ión prejsť k vonkajším okrajom grafénových listov a potom prejsť medzi nimi a zastaviť sa niekde vo vnútri. Keďže lítiu trvá dlho, kým sa dostane do stredu grafénového listu, na jeho okrajoch je pozorované niečo ako zaseknutie iónov.
Ako už bolo spomenuté, Kungova výskumná skupina vyriešila oba tieto problémy pomocou dvoch rôznych technológií. Po prvé, aby zaistili stabilitu kremíka a tým zachovali maximálnu kapacitu nabíjania batérie, vložili kremíkové zhluky medzi grafénové listy. To umožnilo zvýšiť počet lítiových iónov v elektróde a súčasne využiť flexibilitu grafénových plátov na prispôsobenie sa zmenám objemu kremíka počas procesu nabíjania/vybíjania batérie.
"Teraz zabijeme obe vtáky jednou ranou," hovorí Kung. „S kremíkom získavame vyššiu hustotu energie a preložené vrstvy znižujú stratu energie spôsobenú expanziou a kontrakciou kremíka. Aj keď sa zhluky kremíka zničia, samotný kremík nikam nepôjde.“
Okrem toho výskumníci použili proces chemickej oxidácie na vytvorenie miniatúrnych (10-20 nanometrových) otvorov v grafénových listoch („defekty v rovine“), ktoré poskytujú lítiovým iónom „rýchly prístup“ do anódy a následné uloženie tam. reakcie s kremíkom. To skrátilo čas potrebný na nabitie batérie 10-krát.
Všetky snahy o optimalizáciu výkonu batérie sa doteraz sústreďovali na jeden z ich komponentov – anódu. V ďalšej fáze výskumu vedci plánujú študovať zmeny na katóde za rovnakým účelom. Okrem toho chcú upraviť elektrolytický systém tak, aby sa batéria mohla automaticky (a reverzibilne) vypnúť, keď vysoké teploty- podobný ochranný mechanizmus by mohol byť užitočný pri používaní batérií v elektrických vozidlách.
Podľa vývojárov v aktuálna forma nová technológia by sa mala dostať na trh v priebehu nasledujúcich troch až piatich rokov. V časopise Advanced Energy Materials vyšiel článok o výsledkoch výskumu a vývoja nových batérií.
A dnes budeme hovoriť o imaginárnych - s gigantickou špecifickou kapacitou a okamžitým nabíjaním. Správy o takomto vývoji sa objavujú so závideniahodnou pravidelnosťou, ale budúcnosť ešte neprišla a my stále používame lítium-iónové batérie, ktoré sa objavili na začiatku predminulého desaťročia, alebo ich o niečo pokročilejšie lítium-polymérové analógy. O čo teda ide, technologické ťažkosti, nesprávna interpretácia slov vedcov alebo niečo iné? Skúsme na to prísť.
V snahe o rýchlosť nabíjania
Jedným z parametrov batérie, ktorý vedci a veľké spoločnosti Neustále sa snažia zlepšovať rýchlosť nabíjania. Zvyšovať ho však nebude možné donekonečna, a to ani kvôli chemickým zákonitostiam reakcií prebiehajúcich v batériách (najmä preto, že vývojári hliníkovo-iónových batérií už uviedli, že tento typ batérie je možné plne nabiť za po druhé), ale kvôli fyzickým obmedzeniam. Nech máme smartfón s 3000 mAh batériou a podporou rýchle nabíjanie. Takýto gadget môžete úplne nabiť za hodinu s priemerným prúdom 3 A (v priemere, pretože sa mení nabíjacie napätie). Ak však chceme dosiahnuť plné nabitie len za jednu minútu, bude potrebný prúd 180 A bez zohľadnenia rôznych strát. Na nabíjanie zariadenia týmto prúdom budete potrebovať drôt s priemerom približne 9 mm – dvakrát tak hrubý ako samotný smartfón. Áno, a prúd je 180 A pri napätí asi 5 V je normálny Nabíjačka nebude môcť vydať: majitelia smartfónov budú potrebovať prevodník impulzného prúdu, ako je ten, ktorý je znázornený na fotografii nižšie.
Alternatívou k zvýšeniu prúdu je zvýšenie napätia. Ten je ale spravidla fixný a pre lítium-iónové batérie je to 3,7 V. Dá sa to samozrejme prekročiť - nabíjanie pomocou technológie Quick Charge 3.0 prichádza s napätím až 20 V, ale pri pokuse o nabíjanie batéria s napätím asi 220 V je k ničomu nepovedie k dobrému a tento problém vyriešite v čoskoro sa nezdá možné. Moderné batérie takéto napätie jednoducho nedokážu využiť.
Večné batérie
Samozrejme, teraz nebudeme hovoriť o „ stroj na večný pohyb“, a o batériách s na dlhú dobu služby. Moderné lítium-iónové batérie pre smartfóny vydržia maximálne niekoľko rokov aktívneho používania zariadení, po ktorých ich kapacita neustále klesá. Majitelia smartfónov s vymeniteľnými batériami majú o niečo viac šťastia ako ostatní, ale aj v tomto prípade stojí za to uistiť sa, že batéria bola vyrobená nedávno: lítium-iónové batérie sa degradujú, aj keď sa nepoužívajú.
Vedci zo Stanfordskej univerzity navrhli svoje vlastné riešenie tohto problému: obaliť elektródy existujúce typy lítium-iónové batérie vyrobené z polymérového materiálu s prídavkom grafitových nanočastíc. Podľa vedcov to ochráni elektródy, ktoré sa počas prevádzky nevyhnutne pokrývajú mikrotrhlinkami a rovnaké mikrotrhliny v polymérnom materiáli sa samy zahoja. Princíp fungovania tohto materiálu je podobný technológii použitej v smartfóne LG G Flex so samoopravným zadným krytom.
Prechod do tretej dimenzie
V roku 2013 bolo oznámené, že výskumníci z University of Illinois vyvíjali nový typ lítium-iónovej batérie. Vedci uviedli, že merný výkon takýchto batérií bude až 1000 mW/(cm*mm), pričom merný výkon bežných lítium-iónových batérií sa pohybuje medzi 10-100 mW/(cm*mm). Toto sú jednotky merania, ktoré boli použité, pretože hovoríme o pomerne malých štruktúrach s hrúbkou desiatok nanometrov.
Namiesto plochej anódy a katódy používanej v tradičných lítium-iónových batériách vedci navrhli použiť trojrozmerné štruktúry: kryštálovú mriežku sulfidu nikelnatého na poréznom nikle ako anóde a oxidu manganičitého lítneho na poréznom nikle ako katóde.
Napriek všetkým pochybnostiam spôsobeným absenciou v prvých tlačových správach presné parametre nové batérie, ako aj prototypy, ktoré ešte neboli predstavené, nový typ batérie sú stále skutočné. Potvrdzujú to viaceré vedecké články na túto tému publikované za posledné dva roky. Aj keď sa však takéto batérie stanú dostupnými pre koncových spotrebiteľov, nestane sa tak skoro.
Nabíjanie cez obrazovku
Vedci a inžinieri sa snažia predĺžiť životnosť našich gadgetov nielen hľadaním nových typov batérií alebo zvyšovaním ich energetickej účinnosti, ale aj celkom neobvyklými spôsobmi. Vedci z Michiganskej štátnej univerzity navrhli vložiť priehľadné solárne panely priamo do obrazovky. Keďže princíp fungovania takýchto panelov je založený na ich absorpcii slnečného žiarenia, aby boli transparentné, vedci museli použiť trik: materiál nového typu panelov absorbuje iba neviditeľné žiarenie (infračervené a ultrafialové), po ktorom fotóny, odrazené od širokých okrajov skla, sú absorbované úzkymi pásikmi tradičných solárnych panelov umiestnených pozdĺž jeho okrajov.
Hlavnou prekážkou implementácie takejto technológie je nízka účinnosť takýchto panelov – iba 1 % oproti 25 % tradičných solárnych panelov. Teraz vedci hľadajú spôsoby, ako zvýšiť účinnosť aspoň na 5 %, ale rýchle riešenie tohto problému sa pravdepodobne nedá očakávať. Mimochodom, podobnú technológiu si nedávno nechal patentovať aj Apple, no zatiaľ nie je známe, kde presne výrobca solárne panely do svojich zariadení umiestni.
Predtým sme pod slovami „batéria“ a „akumulátor“ mysleli nabíjateľnú batériu, ale niektorí vedci sa domnievajú, že v prístrojoch je celkom možné použiť jednorazové zdroje napätia. Ako batérie, ktoré by mohli fungovať bez nabíjania alebo inej údržby niekoľko rokov (alebo dokonca niekoľko desaťročí), vedci z University of Missouri navrhli použiť RTG - rádioizotopové termoelektrické generátory. Princíp činnosti RTG je založený na premene tepla uvoľneného počas rádiového rozpadu na elektrickú energiu. Mnoho ľudí pozná takéto inštalácie z ich použitia vo vesmíre a ťažko dostupné miesta na Zemi, ale v Spojených štátoch sa miniatúrne rádioizotopové batérie používali aj v kardiostimulátoroch.
Práce na vylepšenom type takýchto batérií prebiehajú od roku 2009 a dokonca boli predvedené prototypy takýchto batérií. V blízkej budúcnosti však rádioizotopové batérie v smartfónoch neuvidíme: ich výroba je drahá a navyše mnohé krajiny majú prísne obmedzenia na výrobu a obeh rádioaktívnych materiálov.
Možno použiť aj ako jednorazové batérie vodíkové prvky, ale nedajú sa použiť v smartfónoch. Vodíkové batérie sa vybíjajú pomerne rýchlo: hoci váš gadget bude fungovať s jednou kazetou dlhšie ako s jedným nabitím bežnej batérie, budete ich musieť pravidelne meniť. To však nebráni používaniu vodíkových batérií v elektromobiloch a dokonca externé batérie: Zatiaľ nejde o sériovo vyrábané zariadenia, ale už nejde o prototypy. A Apple podľa povestí už vyvíja systém na dopĺňanie vodíkových kaziet bez ich výmeny pre použitie v budúcich iPhonoch.
Myšlienka, že na základe grafénu môže byť vytvorená batéria s vysokou špecifickou kapacitou, bola predstavená už v roku 2012. A tak začiatkom tohto roka v Španielsku oznámili, že spoločnosť Graphenano začala s výstavbou závodu na výrobu grafén-polymérových batérií pre elektromobily. Nový typ batérie je takmer štyrikrát lacnejší na výrobu ako tradičné lítium-polymérové batérie, má špecifickú kapacitu 600 Wh/kg a takúto 50 kWh batériu bude možné nabiť už za 8 minút. Je pravda, že ako sme povedali na samom začiatku, bude to vyžadovať výkon asi 1 MW, takže takýto ukazovateľ je dosiahnuteľný iba teoreticky. Nie je známe, kedy presne závod začne vyrábať prvé grafén-polymérové batérie, ale je celkom možné, že medzi kupujúcimi jeho produktov bude aj Volkswagen. Koncern už oznámil plány na výrobu elektrických vozidiel s dojazdom až 700 kilometrov na jedno nabitie batérie do roku 2018.
Čo sa týka mobilné zariadenia, zatiaľ čo používanie grafén-polymérových batérií v nich je sťažené veľké rozmery takéto batérie. Dúfajme, že výskum v tejto oblasti bude pokračovať, pretože graféno-polymérové batérie sú jedným z najsľubnejších typov batérií, ktoré sa môžu objaviť v najbližších rokoch.
Prečo teda, napriek všetkému optimizmu vedcov a pravidelne sa objavujúcim správam o prelomových novinkách v oblasti šetrenia energie, teraz zaznamenávame stagnáciu? V prvom rade ide o naše veľké očakávania, ktoré len živia novinári. Chceme veriť, že sa chystá revolúcia vo svete batérií a my budeme mať batériu, ktorá sa nabije za menej ako minútu a má takmer neobmedzenú životnosť, z ktorej sa vykľuje moderný smartfón s osemjadrovým procesorom. trvať aspoň týždeň. Ale také prelomy, žiaľ, sa nedejú. Uvedenie do hromadnej výroby akéhokoľvek Nová technológia predchádzalo mnoho rokov vedecký výskum, testovanie vzoriek, vývoj nových materiálov a technologických procesov a iná práca, ktorá si vyžaduje veľa času. Koniec koncov, tým istým lítium-iónovým batériám trvalo asi päť rokov, kým sa dostali od technických prototypov hotové zariadenia, ktorý je možné použiť v telefónoch.
Preto môžeme byť len trpezliví a nebrať si novinky o nových batériách k srdcu. Aspoň dovtedy, kým sa neobjavia správy o ich spustení do sériovej výroby, kedy už o životaschopnosti novej technológie nebude pochýb.
Pokiaľ ide o batérie, platí pravidlo „všetko alebo nič“. Bez zariadení na skladovanie energie novej generácie nenastane obrat v energetickej politike ani na trhu s elektrickými vozidlami.
Moorov zákon, postulovaný v IT priemysle, sľubuje zvýšenie výkonu procesora každé dva roky. Vývoj batérií zaostáva, účinnosť sa zvyšuje v priemere o 7 % ročne. A hoci lítium-iónové batérie v moderných smartfónoch vydržia stále dlhšie, je to z veľkej časti spôsobené optimalizovaným výkonom čipov.
Lítium-iónové batérie dominujú na trhu vďaka svojej nízkej hmotnosti a vysokej hustote energie.
Každý rok sa do mobilných zariadení, elektrických vozidiel a systémov na skladovanie elektriny z obnoviteľných zdrojov nainštalujú miliardy batérií. Avšak moderná technológia dosiahol svoj limit.
Dobrá správa je, že nová generácia lítium-iónových batérií už takmer spĺňa požiadavky trhu. Ako zásobný materiál využívajú lítium, čo teoreticky umožňuje desaťnásobné zvýšenie hustoty ukladania energie.
Spolu s tým sú poskytnuté štúdie iných materiálov. Lítium síce poskytuje prijateľnú hustotu energie, ale hovoríme o vývoji, ktorý je o niekoľko rádov optimálnejší a lacnejší. Veď príroda by nám to mohla poskytnúť najlepšie schémy pre vysokokvalitné batérie.
Univerzitné výskumné laboratóriá vyvíjajú prvé vzorky organické batérie. Môže však trvať niekoľko desaťročí, kým sa takéto biobatérie dostanú na trh. Mostu do budúcnosti pomáhajú batérie malých rozmerov, ktoré sa nabíjajú zachytávaním energie.
Mobilné napájacie zdroje
Podľa spoločnosti Gartner sa tento rok predá viac ako 2 miliardy mobilných zariadení, každé s lítium-iónovou batériou. Tieto batérie sa dnes považujú za štandard, čiastočne preto, že sú také ľahké. Majú však len maximálnu hustotu energie 150-200 Wh/kg.
Lítium-iónové batérie sa nabíjajú a uvoľňujú energiu pohybom lítiových iónov. Pri nabíjaní sa kladne nabité ióny pohybujú z katódy cez roztok elektrolytu medzi grafitové vrstvy anódy, hromadia sa tam a pripájajú elektróny k nabíjaciemu prúdu.
Pri vybití odovzdávajú elektróny prúdovému okruhu, lítiové ióny sa presúvajú späť na katódu, kde sa opäť viažu s kovom v nej obsiahnutým (vo väčšine prípadov kobaltom) a kyslíkom.
Kapacita lítium-iónových batérií závisí od toho, koľko lítiových iónov sa môže nachádzať medzi grafitovými vrstvami. Vďaka kremíku je však dnes možné dosiahnuť viac efektívnu prácu batérie.
Na porovnanie, na naviazanie jedného lítneho iónu je potrebných šesť atómov uhlíka. Naopak, jeden atóm kremíka môže obsahovať štyri ióny lítia.
Lítium-iónová batéria ukladá svoju elektrickú energiu do lítia. Keď je anóda nabitá, atómy lítia sú uložené medzi grafitovými vrstvami. Pri vybíjaní sa vzdávajú elektrónov a presúvajú sa vo forme lítiových iónov do vrstvenej štruktúry katódy (lítium kobaltitu).
Silikón zvyšuje kapacitu
Kapacita batérie sa zvýši, keď sa medzi vrstvy grafitu vloží kremík. Po spojení kremíka s lítiom sa zvýši troj- až štvornásobne, ale po niekoľkých nabíjacích cykloch sa grafitová vrstva rozbije.
Riešenie tohto problému nájdete v startupový projekt Amprius, ktorú vytvorili vedci zo Stanfordskej univerzity. Projekt Amprius získal podporu od ľudí ako Eric Schmidt (predseda predstavenstva spoločnosti Google) a laureát Nobelovej ceny Steven Chu (americký minister energetiky do roku 2013).
Porézny kremík v anóde zvyšuje účinnosť lítium-iónových batérií až o 50 %. Počas realizácie startupového projektu Amprius boli vyrobené prvé kremíkové batérie. V rámci tohto projektu sú k dispozícii tri metódy riešenia „problému grafitu“. Prvým je aplikácia porézneho kremíka, ktorý si možno predstaviť ako „špongiu“. Pri skladovaní lítia len veľmi málo zväčšuje svoj objem, preto grafitové vrstvy zostávajú nedotknuté. Amprius dokáže vytvoriť batérie, ktoré uložia až o 50 % viac energie ako bežné batérie.
Efektívnejšie pri ukladaní energie ako porézny kremík vrstva kremíkových nanorúrok. V prototypoch bolo dosiahnuté takmer dvojnásobné zvýšenie kapacity nabíjania (až 350 Wh/kg).
Špongia a rúrky musia byť stále potiahnuté grafitom, pretože kremík reaguje s roztokom elektrolytu a tým znižuje životnosť batérie.
Existuje však aj tretí spôsob. Výskumníci z projektu Ampirus zaviedli do uhlíkového obalu skupiny častíc kremíka, ktoré sa priamo nedotýkajú, ale poskytujú voľný priestor časticiam na zväčšenie objemu. Lítium sa môže hromadiť na týchto časticiach, ale škrupina zostáva neporušená. Aj po tisíckach nabíjacích cyklov klesla kapacita prototypu len o 3 %.
Kremík sa spája s niekoľkými atómami lítia, ale pri tom expanduje. Aby sa zabránilo rozpadu grafitu, vedci používajú štruktúru rastliny granátového jablka: vstrekujú kremík do grafitových škrupín, ktoré sú dostatočne veľké na to, aby prijali ďalšie lítium. Mnohí veria, že budúcnosť automobilového priemyslu je v elektromobiloch. V zahraničí existujú účty, podľa ktorých niektoré z ročne predávaných áut musia byť buď hybridné alebo na elektrinu, takže peniaze sa investujú nielen do reklamy na takéto autá, ale aj do výstavby čerpacích staníc.
Mnoho ľudí však stále čaká na to, kedy sa elektromobily stanú skutočnými konkurentmi. tradičné autá. Alebo sa to možno stane, keď sa zníži čas nabíjania a čas životnosť batérie zvýši sa to? Snáď v tom ľudstvu pomôžu grafénové batérie.
Čo je grafén?
Revolučný materiál novej generácie, najľahší a najpevnejší, najviac elektricky vodivý – to všetko je o graféne, čo nie je nič iné ako dvojrozmerná uhlíková mriežka hrubá jeden atóm. Tvorcovia grafénu Konstantin Novoselov dostali Nobelovu cenu. Zvyčajne medzi otvorením a spustením praktické využitie Tento objav v praxi trvá dlho, niekedy aj desaťročia, no grafén takýto osud nepostihol. Možno je to spôsobené tým, že Novoselov a Game nezatajili technológiu svojej výroby.
Celému svetu o tom nielen povedali, ale aj ukázali: na YouTube je video, kde Konstantin Novoselov podrobne hovorí o tejto technológii. Preto si snáď čoskoro budeme môcť vyrobiť grafénové batérie aj vlastnými rukami.
Vývoj
Boli pokusy použiť grafén takmer vo všetkých oblastiach vedy. Bolo to skúšané v solárne poháňané, slúchadlá, puzdrá a dokonca sa pokúsili vyliečiť rakovinu. V súčasnosti je však jednou z najsľubnejších a najpotrebnejších vecí pre ľudstvo grafénová batéria. Pripomeňme, že s takou nepopierateľnou výhodou, akou je lacné a ekologické palivo, majú elektromobily vážnu nevýhodu – relatívne malú maximálna rýchlosť a výkonová rezerva nie viac ako tristo kilometrov.
Riešenie problému storočia
Grafénová batéria funguje na rovnakom princípe ako olovená batéria s alkalickým alebo kyslým elektrolytom. Tento princíp je elektrochemická reakcia. Konštrukcia grafénovej batérie je podobná lítium-iónovej batérii s pevným elektrolytom, v ktorej je katódou uhlíkový koks, ktorý je zložením blízky čistému uhlíku.
Medzi inžiniermi vyvíjajúcimi grafénové batérie však už existujú dva zásadne odlišné smery. V USA vedci navrhli vyrobiť katódu z grafénových a kremíkových doštičiek navzájom preložených a anódu z klasického lítium-kobaltu. Ruskí inžinieri našli iné riešenie. Toxickú a drahú lítiovú soľ možno nahradiť ekologickejším a lacnejším oxidom horečnatým. Kapacita batérie sa v každom prípade zvyšuje v dôsledku zvýšenia rýchlosti prechodu iónov z jednej elektródy na druhú. To je dosiahnuté vďaka tomu, že grafén má vysoká miera elektrickú priepustnosť a schopnosť akumulovať elektrický náboj.
Názory vedcov na inovácie sú rozdelené: ruskí inžinieri tvrdia, že grafénové batérie majú kapacitu dvakrát väčšiu ako lítium-iónové batérie, no ich zahraniční kolegovia tvrdia desať.
Grafénové batérie sa začali sériovo vyrábať v roku 2015. Robí to napríklad španielska spoločnosť Graphenano. Použitie týchto batérií v elektrických vozidlách na logistických miestach podľa výrobcu ukazuje reálne praktické možnosti batérie s grafénovou katódou. Pre plne nabité trvá to len osem minút. Maximálna dĺžka grafénové batérie môžu tiež zvýšiť kilometrový výkon. Nabíjanie na 1000 km namiesto troch stoviek – to chce korporácia Graphenano ponúknuť spotrebiteľovi.
Španielsko a Čína
Spolupracuje s Graphenano čínska spoločnosť Chint, ktorá kúpila 10% podiel v španielskej korporácii za 18 miliónov eur. Spoločné prostriedky budú použité na výstavbu závodu s dvadsiatimi výrobnými linkami. Projekt už získal asi 30 miliónové investície, ktoré budú investované do inštalácie zariadení a náboru zamestnancov. Podľa pôvodného plánu mal závod začať vyrábať asi 80 miliónov batérií. V počiatočnej fáze by sa Čína mala stať hlavným trhom a potom sa plánovalo začať s dodávkami do iných krajín.
V druhej etape je Chint pripravený investovať 350 miliónov eur do výstavby ďalšieho závodu, ktorý bude mať približne päťtisíc zamestnancov. Takéto čísla nie sú prekvapujúce vzhľadom na to, že celkové príjmy budú okolo troch miliárd eur. Okrem toho Čína, známa svojimi ekologickými problémami, dostane ekologické a lacné „palivo“. Ako však môžeme pozorovať, okrem hlasných vyhlásení neuzrelo svetlo sveta nič, iba testovacie modely. Hoci Volkswagen Corporation tiež oznámila svoj zámer spolupracovať s Graphenano.
Očakávania a realita
Píše sa rok 2017, čo znamená, že Graphenano sa už dva roky venuje „masovej“ výrobe batérií, no vidieť elektromobil na cestách je raritou nielen pre Rusko. Všetky charakteristiky a údaje zverejnené spoločnosťou sú dosť vágne. Vo všeobecnosti neprekračujú všeobecne uznávané teoretické predstavy o tom, aké parametre by mala mať grafénová batéria pre elektromobil.
Navyše, zatiaľ všetko, čo bolo prezentované spotrebiteľom aj investorom, je len počítačové modely, žiadne skutočné prototypy. Problémom je, že grafén je materiál, ktorého výroba je veľmi nákladná. Napriek hlasným vyhláseniam vedcov o tom, ako sa dá „vytlačiť na kolene“, je v tejto fáze možné iba znížiť náklady na niektoré komponenty.
Grafén a svetový trh
Priaznivci všemožných konšpiračných teórií si povedia, že zo vzhľadu takéhoto auta nikto neťaží, pretože potom ropa ustúpi do pozadia, čím sa znížia aj príjmy z jej výroby. S najväčšou pravdepodobnosťou však inžinieri narazili na nejaké problémy, ale nechcú to inzerovať. Slovo „grafén“ je dnes už bežne počúvané, mnohí ho tak považujú, možno si vedci nechcú pokaziť jeho slávu.
Problémy vo vývoji
Pointou však môže byť, že materiál je skutočne inovatívny, preto si vyžaduje primeraný prístup. Možno by sa batérie využívajúce grafén mali zásadne líšiť od tradičných lítium-iónových alebo lítium-polymérových batérií.
Existuje aj iná teória. Spoločnosť Graphenano Corporation uviedla, že nové batérie sa nabijú len za osem minút. Odborníci potvrdzujú, že je to skutočne možné, len výkon zdroja musí byť aspoň jeden megawatt, čo je možné v podmienkach testovania v továrni, ale nie doma. Stavebníctvo dostatočné množstvo náplne s takým výkonom budú stáť veľa peňazí, cena jedného dobitia bude dosť vysoká, takže grafénová batéria do auta neprinesie žiaden úžitok.
Prax ukazuje, že revolučným technológiám trvá pomerne dlho, kým sa integrujú do globálneho trhu. Na zaistenie bezpečnosti produktu je potrebné vykonať veľa testov, takže uvedenie nových technologických zariadení sa niekedy oneskoruje o mnoho rokov.
Ekológia spotreby Veda a technika: Budúcnosť elektrickej dopravy vo veľkej miere závisí od zlepšovania batérií – mali by vážiť menej, rýchlejšie sa nabíjať a zároveň produkovať viac energie.
Budúcnosť elektromobilov vo veľkej miere závisí od zlepšovania batérií – mali by vážiť menej, nabíjať sa rýchlejšie a zároveň produkovať viac energie. Vedci už dosiahli určité výsledky. Tím inžinierov vytvoril lítium-kyslíkové batérie, ktoré neplytvajú energiou a vydržia desiatky rokov. A austrálsky vedec predstavil ionistor na báze grafénu, ktorý sa dá nabiť miliónkrát bez straty účinnosti.
Lítium-kyslíkové batérie sú ľahké a produkujú veľa energie a mohli by byť ideálnymi komponentmi pre elektrické vozidlá. Ale takéto batérie majú významná nevýhoda- rýchlo sa opotrebúvajú a uvoľňujú príliš veľa energie vo forme premárneného tepla. Nový vývoj vedcov z MIT, Argonne National Laboratory a Pekingskej univerzity sľubuje vyriešiť tento problém.
Lítium-kyslíkové batérie, ktoré vytvoril tím inžinierov, využívajú nanočastice, ktoré obsahujú lítium a kyslík. V tomto prípade sa kyslík pri zmene skupenstva zadržiava vo vnútri častice a nevracia sa do plynnej fázy. Tým sa líši od lítiovo-vzduchových batérií, ktoré odoberajú kyslík zo vzduchu a pri reverznej reakcii ho uvoľňujú do atmosféry. Nový prístup znižuje straty energie (množstvo elektrické napätie znížené takmer 5-krát) a predĺžiť výdrž batérie.
Lítium-kyslíková technológia je tiež dobre prispôsobená skutočným podmienkam, na rozdiel od systémov lítium-vzduch, ktoré sa zhoršujú, keď sú vystavené vlhkosti a CO2. Lítiové a kyslíkové batérie sú navyše chránené pred prebitím – akonáhle je energie príliš veľa, batéria sa prepne na iný typ reakcie.
Vedci vykonali 120 cyklov nabitia a vybitia, pričom produktivita klesla len o 2 %.
Vedci zatiaľ vytvorili len prototyp batérie, no do roka mienia prototyp vyvinúť. Nevyžaduje drahé materiály a výroba je veľmi podobná tradičným lítium-iónovým batériám. Ak sa projekt zrealizuje, potom elektromobily v blízkej budúcnosti uskladnia dvakrát toľko energie pri rovnakej hmotnosti.
Inžinier z Swinburne University of Technology v Austrálii vyriešil ďalší problém s batériami – rýchlosť ich dobíjania. Ionistor, ktorý vyvinul, sa nabíja takmer okamžite a možno ho používať mnoho rokov bez straty účinnosti.
Han Lin použil grafén, jeden z najsilnejších materiálov, ktoré sú dnes k dispozícii. Vďaka svojej voštinovej štruktúre má grafén veľkú plochu na ukladanie energie. Vedec vytlačil grafénové platne na 3D tlačiarni – tento spôsob výroby vám tiež umožňuje znížiť náklady a zväčšiť rozsah.
Ionistor vytvorený vedcom vyprodukuje na kilogram hmotnosti rovnaké množstvo energie ako lítium-iónové batérie, ale nabije sa za pár sekúnd. Navyše namiesto lítia používa grafén, ktorý je oveľa lacnejší. Podľa Hana Lina dokáže superkondenzátor prejsť miliónmi nabíjacích cyklov bez straty kvality.
Sektor výroby batérií nezostáva stáť. Bratia Kreiselovci z Rakúska vytvorili nový typ batérie, ktorá váži takmer o polovicu menej ako tradičné batérie. Model Tesla S.
Nórski vedci z University of Oslo vynašli batériu, ktorá môže byť úplne... Ich rozvoj je však určený pre mestské verejná doprava, ktorá pravidelne zastavuje - na každej z nich sa autobus dobije a bude dostatok energie na to, aby sa dostal na ďalšiu zastávku.
Vedci z Kalifornskej univerzity v Irvine sú bližšie k vytvoreniu večnej batérie. Vyvinuli nanodrôtovú batériu, ktorú možno dobíjať státisíce krát.
A inžinierom z Rice University sa podarilo vytvoriť taký, ktorý funguje pri teplote 150 stupňov Celzia bez straty účinnosti. publikovaný
