Графеновые батареи: что это такое и почему за ними будущее?
Сегодня смартфоны удовлетворяют почти всем нашим требованиям. Яркие и сочные дисплеи, превосходного качества корпуса, выполненные из стекла и металла, громкие мультимедийные динамики, ну и, конечно же, камеры, благодаря которым мы совершаем превосходные снимки — всё это делает наше взаимодействие со смартфоном максимально комфортным. Но при всех этих плюсах есть один существенный недостаток — автономное время работы устройств.
Литий-ионные аккумуляторы хорошо зарекомендовали себя на рынке и уже более 29 лет занимают первое место в обеспечении смартфонов энергией. Однако нельзя отрицать, что годы идут, а начинка смартфонов становится мощнее и питать такое количество компонентов становится всё сложнее, поэтому индустрия нуждается в «свежей крови». Одним из таких решений может стать графен.
До сих пор графеновые аккумуляторы не имеют широкого применения в смартфонах или любых других гаджетах повседневного использования, но всё это вопрос времени.
Что мы знаем о графене и его свойствах?
Графен — это сложное соединение атомов углерода, связанных в так называемую сотовую структуру, благодаря чему он обладает рядом интересных свойств. Например, является самым мощным в мире проводником электрической и тепловой энергии, очень гибок и чрезвычайно лёгок. Кроме того, графен экологичен и устойчив к разного рода воздействиям.
Что касается батарей, в которых будет использоваться этот материал, то скорее всего его используют в качестве «суперконденсатора» — аналога аккумуляторной батареи, который позволит увеличить автономное время работы, а также уменьшит время зарядки.
Об отличиях литий-ионных и графеновых батарей
Несмотря на то, что литий-ионные и графеновые батареи могут хранить и передавать энергию аналогичным образом, в конструктивных аспектах и областях применения, они отличаются друг от друга, с точки зрения срока службы эксплуатации, безопасности и скорости передачи энергии.
Основополагающей причиной, по которой графеновые батареи более эффективны, чем нынешние литий-ионные батареи — их способность рассеивать тепло. Когда происходит передача тепла, создается большое количество энергии из-за сопротивления проводников. С увеличением тепловой энергии сопротивление возрастает ещё больше, создавая так называемый цикл неэффективности. Относительное превышение тепла и сопротивления приводит к деградации батареи и устройства в целом. Вспомните хотя бы печальный опыт Samsung Galaxy Note 7.
Дабы предотвратить катастрофические сбои, литий-ионные аккумуляторы используются вместе с графеном, для улучшения характеристик катодного проводника. Таким образом, литий-ионные батареи с применением графена известны как гибриды, за счёт чего они имеют большую зарядную ёмкость, меньший вес, больший срок службы и более быстрое время зарядки, чем традиционные батареи. Гибридные батареи, вероятно, станут первыми графеновыми батареями потребительского сегмента, которые появятся на рынке.
В настоящее время графен является одним из самых проводящих материалов в мире с относительно низким уровнем сопротивления. Низкие уровни сопротивления контролируют уровни нагрева, тем самым поддерживая общие температуры в минимальном и безопасном диапазоне.
А что дальше и в чём подвох?
Не смотря на все перечисленные достоинства графеновых батарей, в настоящее время графен все еще находится на начальной стадии развития с точки зрения его коммерциализации, в качестве аккумуляторной технологии. Этой несомненно перспективному материалу ещё предстоит преодолеть множество проблем, включая чрезвычайно высокую стоимость производства. По мере того как производственный процесс становится более доступным и усовершенствованным, возможности применения графена будут значительно расти.
Наиболее обнадеживающим применением графена является его интеграция с литий-ионными батареями, гибридами. Но если вы ещё сомневаетесь в этой технологии, то вот список компаний, которые уже инвестируют в развитие этого направления: Samsung, Microsoft, Tesla, Huawei, Cabot Corporation, Grabat Graphenano Energy, Nanotech Energy, Nanotek Instruments, XG Sciences.
Все они проявили большой энтузиазм в разработке подобных аккумуляторов, сделав большой вклад в развитие технологий графеновых батарей.
Трудно предсказать дальнейшее будущее аккумуляторов с использованием графена, но совершенно точно можно сказать, что графен станет важной частью следующего шага развития технологий аккумуляторных батарей.
В Австралии создали аккумуляторы из алюминия и графена, которые заряжаются в 60 раз быстрее литийионных
Австралийская компания Graphene Manufacturing Group (GMG) из Брисбена на основе разработки Австралийского института биоинженерии и нанотехнологий Квинслендского университета (UQ) создала аккумуляторы, которые по многим параметрам выглядят намного лучше современных литиевых батарей. Это прорыв, говорят разработчики и обещают через год начать массовое производство новинки.
Источник изображения: Graphene Manufacturing Group
Новые аккумуляторы из алюминия и графена дешевле, не используют редкоземельных металлов, не горят, выдерживают колоссальные токи и широкий диапазон рабочих температур.
Источник изображения: Graphene Manufacturing Group
Отчего так нескоро? В компании заявляют, что для выпуска алюминиево-ионных графеновых аккумуляторов для электромобилей необходимо создать элементы в стандартных формфакторах и со стандартными электрическими характеристиками, в частности — с таким же напряжением, как литийионные батареи. Пока же компания намерена выпускать революционные элементы в собственном формфакторе, который оптимизирован под фирменную технологию. Это не станет проблемой для выпуска целого спектра продукции на «алюминиевых» батареях, только бы компания сдержала своё обещание.
Источник изображения: Graphene Manufacturing Group
Катод алюминиево-ионной графеновой батареи представляет собой несколько слоёв перфорированного графена с порами примерно 2,3 нм.
В поры уложены атомы алюминия, что делает материал довольно плотным с точки зрения возможности запасать энергию и способным пропускать намного большие токи, чем литийионные. Также следует учитывать, что каждый ион алюминия в процессе заряда обменивается на катоде на три электрона, тогда как ион лития обменивается только на один электрон.
Источник изображения: Graphene Manufacturing Group
Заявленные разработчиками токовые характеристики алюминиево-ионных графеновых аккумуляторов достигают 149 мА·ч/г и 5 А/г. По энергоёмкости «алюминиевые» батареи на 30–40 % хуже хороших современных литиевых батарей, но в три раза лучше лучших лабораторных образцов алюминиево-ионных аккумуляторов, которые прежде были разработаны в Стэнфордском университете. Австралийские аккумуляторы в нынешнем виде обещают удельную энергоёмкость до 160 Вт·ч/кг и мощность до 7000 Вт/кг.
Источник изображения: Graphene Manufacturing Group
Благодаря способности выдерживать большие токи разработчики называют свои батареи чуть ли не суперконденсаторами.
Элемент типа «монетка» заряжается за несколько секунд в отличие от литиевых аналогов. С этих элементов, кстати, компания GMG рассчитывает начать коммерческое производство алюминийионных аккумуляторов в конце нынешнего года или в начале следующего. Что же, надеемся вскоре увидеть что-то новое и необычное на рынке аккумуляторов.
Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Коммерческий графеновый аккумулятор — теперь реальность
Мы много раз слышали о том, что производители смартфонов планируют использовать графеновые аккумуляторы в своих смартфонах, однако до сих пор ни одна компания не представила такие устройства. Ситуация может измениться очень скоро.
Американская компания Real Graphene работает над аккумуляторами с улучшенными характеристиками, которые, по словам представителей компании, практически готовы для массового коммерческого использования. Главным преимуществом графеновой батареи является то, что она заряжается очень быстро.
Исполнительный директор Real Graphene Сэмюэль Гонг (Samuel Gong) отметил, что полная зарядка графенового аккумулятора емкостью 3000 мА•ч занимает около 20 минут при использовании 60-ваттной зарядки. Это в разы быстрее, чем заряжаются современные аккумуляторы большинства смартфонов.
Он добавил, что большинство аккумуляторов современных смартфонов выдерживают от 300 до 500 циклов зарядки без существенного ухудшения характеристик. А батареи Real Graphene могут выдержать около 1500 циклов при той же емкости. Поскольку графеновый аккумулятор генерирует гораздо меньше тепла, он оказывается холоднее и безопаснее.
Компания утверждает, что она предоставляет своим клиентам комплексное решение, которое включает батарею и специальный чипсет, необходимый для зарядки. Хотя компания еще не заключила соглашение с производителями смартфонов, она начала продавать портативные аккумуляторы Real Graphene.
Версия на 10 000 мА•ч предлагается за 90 долларов, а 100-ваттный блок питания обойдется в 15 долларов.-637x637.jpg)
Также ожидается версия емкостью 20 000 мА•ч. Они работают не так быстро, как будут работать будущие графеновые аккумуляторы смартфонов, но все равно заряжаются быстрее конкурентов. Производитель заявляет, что 20-минутной зарядки внешнего аккумулятора хватает, чтобы полностью зарядить смартфон, а полная зарядка базовой версии занимает 55 минут.
Графеновые аккумуляторы и их особенности
Еще не так давно появление гибридных автомобилей, которые являлись сочетанием электромотора и обычного двигателя внутреннего сгорания, казалось чем-то невообразимым.
Немало людей считало, что альтернативы ДВС не существует. Но сейчас электрические автомобили стали вполне привычным явлением, а стремительное развитие технологий позволяет сделать их намного более доступными.
Основным вариантом движущей силы в автомобиле является электрический мотор. Питание его осуществляется от специальной версии автомобильного аккумулятора, являющегося именно тем компонентом, который постоянно пытаются усовершенствовать.
Первоочередной задачей является то, чтобы автомобиль мог проехать как можно большее расстояние без подзарядки и обслуживания. На данный момент, наибольшее распространение получили литиевые аккумуляторные батареи. Но уже в скором времени у них может появиться серьезный конкурент в виде графеновых аккумуляторов.
Что представляет собой графен. Графеновые аккумуляторные батареи, аналогично литиевым, являются тяговыми, а не стартерными, как на моделях автомобилей с ДВС. Графен является достаточно интересным новым материалом, позволяющим значительно повысить работоспособность автомобильных элементов питания, которая будет составлять от нескольких сотен до тысяч километров, проходимых машиной без подзарядки. Этот материал представляет собой кристаллы углеводорода, с расположением атомов в единой плоскости, с толщиной листа, равной толщине одного атома. Отличительными особенностями графена являются повышенная энергоемкость и прочность. Итоговое вещество может быть охарактеризовано, как пленка из углерода, толщина которой – одна миллионная от толщины обычного бумажного листа.
Устройство графеновой батареи. Принцип работы такого типа батарей совершенно не отличается от свинцово-кислотных аккумуляторов стандартной конструкции. Несмотря на то, что в ней протекают аналогичные электрохимические процессы, реакции абсолютно другие. Это касательно внутреннего устройства графенового типа аккумуляторов.
Графеновый аккумулятор. Прорыв в создании устройств хранения энергии
Графеновые аккумуляторы окажут громадное влияние на все сферы повседневной жизни. Для примера, удельная емкость литий-ионного аккумулятора применяемого в настоящее время, составляет 200 Вт/ч на 1 кг веса. Графеновый аккумулятор такого же веса имеет удельную емкость 1000 Вт/ч. Очевидно, что графеновая аккумуляторная батарея установленная, например, в Tesla Model S способна увеличить пробег электромобиля с 334 км до 1013 км на одной подзарядке. Кроме всего прочего такие батареи можно зарядить менее чем за 10 минут.
Конечно, чтобы достичь такой скорости заряда необходима мощная зарядная станция, но это уже не такая большая проблема.
Графеновый аккумулятор такого же веса как литий-ионный (при 200 Вт/ч на 1 кг веса) имеет удельную емкость 1000 Вт/ч. Такая батарея установленная, например, в Tesla Model S способна увеличить пробег электромобиля с 334 км до 1013 км на одной подзарядке
Еще в декабре 2018 года индийская компания Log 9 Materials объявила, что работает над металлическими воздушно-воздушными батареями на основе графена, что в теории может даже привести к появлению электрических транспортных средств, работающих на воде. Металлические воздушные батареи используют металл в качестве анода, воздух (кислород) в качестве катода и воду в качестве электролита. В воздушном катоде батарей используется стержень графена. Поскольку кислород должен использоваться в качестве катода, катодный материал должен быть пористым, чтобы воздух мог проходить, свойство, в котором графен превосходит другие.
Согласно Log 9 Materials, графен, используемый в электроде, способен увеличить эффективность батареи в пять раз при стоимости в одну треть.
Новые разработки графеновых аккумуляторов
Многие разработчики верят, что будущие аккумуляторы станут иметь совсем другую форму, строение и химический состав по сравнению с литий-ионными, которые в последнее десятилетие вытеснили иные технологии со многих рынков. Они считают, что будущее за графеновыми аккумуляторами.
Сравнительно недавно Graphenano, компания из Испании, продемонстрировала прототип графен-полимерного аккумулятора обладающего уникальной способностью – требуемое время его заряда в 3 раза меньше, чем для обыденных литий-ионных аккумуляторов. Конечно же успехи этой компании подхлестнули громадный интерес различных производителей, которые стали тотчас предвкушать все выгоды применения таких аккумуляторов.
Эра графеновых аккумуляторов способна кардинальным образом изменить все мировое автомобилестроение.
В компании Graphenano разработали аккумулятор Grabat, который может обеспечить запас хода электромобиля до 800 км. Ёмкость 2,3-вольтового Grabat огромна: около 1000 Вт⋅ч/кг. Для сравнения, у лучших образцов литий-ионных аккумуляторов — на уровне 180 Вт⋅ч/кг. Разработчики утверждают, что аккумулятор заряжается всего за несколько минут — скорость зарядки/разрядки в 33 раза выше, чем у литий-ионных. Быстрая разрядка особенно важна для обеспечения высокой динамики разгона электромобилей. Графеновые батареи менее громоздкие, чем их литий-ионные аналоги: масса графенового аккумулятора вдвое меньше массы литий-ионного. И что не маловажно, такие батареи не могут взорваться.
В конце 2015 года Graphenano открыли завод площадью более 7000 квадратных метров по производству графен-полимерных аккумуляторов в испанском городе Екла, благодаря объединению усилий с группой химиков из Национального университета Кордовы и компанией Grabat Energy. Было создано специальное оборудование для обеспечения 20 сборочных линий на 80 миллионов ячеек.
Эти аккумуляторы не будут производить газ и не будут пожароопасными, заявляют в Graphenano, даже короткое замыкание им не будет страшно. Полимер был сертифицирован при сотрудничестве с институтами Декра (Испания) и TUV (Германия).
Графен представляет собой слой атомов углерода толщиной в один атом, расположенный в гексагональной решетке (в виде шестиугольников). Это строительный блок углерода, но графен сам по себе является замечательным веществом, обладающим множеством удивительных свойств, которые постоянно дают ему название «чудо-материал».
Графен – это слой атомов углерода толщиной в один атом, расположенный в гексагональной решетке.
Как улучшить характеристики существующих аккумуляторов
В области аккумуляторов обычные материалы для аккумуляторных электродов (и перспективные) значительно улучшаются при добавлении графена. Графеновая батарея может быть легкой, долговечной и подходящей для накопления энергии большой емкости, а также для сокращения времени зарядки.
Это продлит срок службы батареи, что связано с количеством углерода, который нанесен на материал или добавлен к электродам для достижения проводимости, а графен добавляет проводимости, не требуя количества углерода, которое используется в обычных батареях.
Графен может улучшить такие свойства батареи, как плотность энергии и форму, различными способами. Так литий-ионные аккумуляторы (и другие типы аккумуляторных батарей) могут быть улучшены путем введения графена в анод аккумулятора и использования проводимости материала и характеристик большой площади поверхности для достижения морфологической оптимизации и производительности.
Также было обнаружено, что создание гибридных материалов также может быть полезным для улучшения качества батареи. Например, гибрид катализа оксида ванадия (VO2) и графена может быть использован на литий-ионных катодах и обеспечивает быструю зарядку и разрядку, а также большую стойкость цикла зарядки. В этом случае VO2 обладает высокой энергоемкостью, но плохой электрической проводимостью, что можно решить, используя графен в качестве своего рода структурной «основы», на которой можно присоединить VO2- создавая гибридный материал, который обладает как повышенной емкостью, так и превосходной проводимостью.
Исследователи ищут новые типы активного электродного материала, чтобы вывести батареи на новый уровень высокой производительности и долговечности и сделать их более подходящими для больших устройств. Наноструктурированные материалы ионно-литиевых батарей могут обеспечить хорошее решение. По последним данным исследователи из Венского университета и международные ученые разработали новый наноструктурированный анодный материал для ионно-литиевых батарей, который увеличивает емкость и срок службы батарей.
2D/3D нанокомпозит на основе смешанного оксида металла и графена, разработанный двумя учеными и их командами, как утверждается, серьезно улучшает электрохимические характеристики литий-ионных аккумуляторов. Основанный на смешанном мезопористом оксиде металла в сочетании с графеном, этот материал может обеспечить новый подход к более эффективному использованию батарей в больших устройствах, таких как электрические или гибридные транспортные средства. Новый электродный материал обеспечил значительно улучшенную удельную емкость с беспрецедентной обратимой циклической стабильностью в течение 3000 обратимых циклов зарядки и разрядки даже при очень высоких режимах тока до 1280 миллиампер.
Для сравнения, современные литий-ионные аккумуляторы теряют свою эффективность после примерно 1000 циклов зарядки.
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. Российские исследователи заменили анод оксидом магния. Композиция дешевле, меньше нагревается аккумулятор и уменьшается опасность возгорания.
Финансовые проблемы реализации научных достижений
Проблема создания новых аккумуляторных батарей еще и в том, что сейчас исследованиями в области элементов питания занимается слишком много компаний. Проектов просто огромное количество — от «пенных» и жидких батарей до аккумуляторов с экзотическими соединениями в составе электролита. И явного лидера среди всех этих компаний нет.
Особого энтузиазма такая ситуация не вызывает и среди инвесторов, которые не слишком охотно выделяют деньги на новые проекты.
А денег требуется много. «Для того, чтобы создать небольшую промышленную линию по производству аккумуляторов, создаваемых по новым технологиям, требуется около $500 млн. И даже, если бы перспективный аккумулятор был создан, перевести научную работу в сферу коммерции не так просто. Разработчики мобильных устройств или производители электромобилей будут тестировать новые батареи годами, прежде, чем принять решение. Инвестиции за это время не окупятся, а компания-разработчик будет убыточной. Ученые утверждают, что наладить промышленную линию стоимостью в $500 млн. сложно, особенно, если бюджет на год составляет $5 млн.
И даже в том случае, когда новая технология попадет на рынок, производителю аккумуляторов нового типа придется пережить нелегкий период адаптации и поиска покупателей. Но пока что до этого этапа никто не доходил. Так, компании Leyden Energy и A123 Systems, разработавшие новые, вполне перспективные технологии, так и не вышли на рынок. Им просто не хватило для этого денег. Еще два перспективных «энергетических» стартапа, Seeo и Sakti3, были куплены другими компаниями. Причем суммы этих двух сделок были гораздо ниже того, на что рассчитывали первые инвесторы компаний.
Крупнейшие производители электроники, Samsung, LG и Panasonic, заинтересованы больше в совершенствовании текущих своих продуктов и увеличении числа их функций, чем в получении батарей нового типа. Поэтому пока что продолжается процесс оптимизации Li-Ion батарей, созданных еще в 70-х годах прошлого века. Остается надеяться, что у графеновых аккумуляторов все же получится разорвать порочный круг.
Графен обеспечил значительно улучшенную удельную емкость с беспрецедентной обратимой циклической стабильностью в течение 3000 обратимых циклов зарядки и разрядки даже при очень высоких режимах тока до 1280 миллиампер.
Что дальше?
Сегодня на исследования графена выделено несколько миллиардов долларов, и по прогнозам ученых, этот материал сможет заменить собою кремний в полупроводниковой промышленности. Графен несомненно перевернет мир технологий, в том числе и созданием новых аккумуляторных батарей в ближайшие годы, не в последнюю очередь еще и потому, что он недорог в производстве, и очень распространен в природе. Каждая из стран имеет его в изобилии.
Аккумуляторы на основе графена быстро становятся сопоставимыми по эффективности с традиционными твердотельными аккумуляторами. Они все время продвигаются, и скоро они превзойдут своих твердотельных предшественников. Дополнительные преимущества, связанные с присутствием графена в электродах, могут быть полезны, даже если эффективность не так высока. Для батарей, которые обладают аналогичной эффективностью, графеновые батареи являются идеальным выбором, они начали набирать обороты на коммерческом рынке. Ожидается, что мировой рынок графеновых аккумуляторов к 2022 году достигнет 115 миллионов долларов, увеличившись в среднем на 38,4% в течение прогнозируемого периода с рынком с доходом около 38% ».
Шведские исследователи из Chalmers смешивают графен и серу для новых литиево-серных батареи, теоретическая плотность энергии которых примерно в пять раз выше, чем у литий-ионных. Новая идея исследователей – пористый губчатый аэрогель, изготовленный из восстановленного оксида графена, который действует как автономный электрод в элементе батареи и позволяет лучше и более эффективно использовать серу.
Удивительные свойства графена
Графен является самым тонким материалом, известным человеку, толщиной в один атом, а также невероятно прочным – примерно в 200 раз прочнее стали. Кроме того, графен является отличным проводником тепла и электричества и обладает интересными способностями поглощения света. В целом графен характеризуется как материал с наивысшей подвижностью электронов среди всех известных материалов. Графеновый слой можно представить, как одну молекулу в которой электроны без преград передвигаются между ее границами – таким образом графеновый проводник способен проводить электричество практически без потерь.
Графен – легкий, он весит всего 0,77 миллиграмма на квадратный метр. Поскольку это один 2D-лист, он имеет самую высокую площадь поверхности из всех материалов.
Листы графена являются гибкими, и фактически графен является наиболее растяжимым кристаллом – вы можете растянуть его до 20% от его первоначального размера, не разбивая его. Наконец, идеальный графен также очень непроницаем, и даже атомы гелия не могут пройти через него.
Он также считается экологически чистым и устойчивым, с неограниченными возможностями для многочисленных применений. Это действительно материал, который может изменить мир с неограниченным потенциалом для интеграции практически в любую отрасль.
Когда листы графена предоставлены сами себе, они будут складываться и образовывать графит, который является наиболее стабильной трехмерной формой углерода при нормальных условиях.
Графеновый слой можно представить, как одну молекулу в которой электроны без преград передвигаются между ее границами.
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.
Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!
Email*
Подписаться
ТЯГОВЫЕ ГРАФЕНОВЫЕ АКБ CHILWEE серии BG. Товары и услуги компании “CHILWEE BATTERY RUSSIA”
ТЯГОВЫЕ ГРАФЕНОВЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ CHILWEE серии “ВLACK GOLD” (BG)Cозданы с использованием новейших технологий: нано-технологии графена и технологии силикон-геля.
Графен считается одним из лучших наноматериалов, доступных в настоящее время. Это самый тонкий и самый прочный материал на Земле – он в 150 раз прочнее стали и в 1000 раз легче, чем бумага. Благодаря обширным свойствам его называют «черным золотом» («Black Gold»). По оценкам экспертов к 2020 году использование графена в промышленности станет рынком в сотни миллиардов долларов и производство аккумуляторов – не исключение.
Основное различие между обычными АКБ и батареями на основе графена заключается в составе электродов. Производительность АКБ повышается за счет добавления графена в состав электродов. Как правило, электроды на основе традиционных материалов имеют ограничения по плотности, емкости, времени и количеству циклов, проводимости. Графен с лёгкостью преодолевает эти ограничения.
Графеновые аккумуляторы CHILWEE превзошли все аналоги тяговых свинцово-кислотных батарей, предназначенных для легких транспортных средств, как по достижению большей мощности, так и по увеличению предельной дальности поездки на транспортных средствах без подзарядки, и имеют чрезвычайно длительный срок службы.
Отличительные особенности графеновых аккумуляторов CHILWEE “BLACK GOLD” :❖ Уникальная структура корпуса и крышки, обеспечивающих превосходную эффективность отвода газа и уменьшенную скорость потери воды.
❖ Свинцовые пластины аккумуляторов надежно защищены от коррозии посредством использования специального сплава для материала сетки и специальной свинцовой пасты.
❖ Использование графена увеличило активность материалов, первичную мощность и срок службы аккумуляторов.
Преимущества:
- ёмкость увеличена на 10-15%
- жизненный цикл увеличен на 30%
- способность работать в условиях низкой и высокой температур улучшена на 40%
- скорость испарения воды снижена на 40%
- потенциал мощности увеличен на 15%
- специальное зарядное устройство обеспечивает полный заряд батарей и предотвращает перезаряд.
Срок службы аккумулятора зависит от того, насколько глубоко разряжается аккумулятор. Если при эксплуатации аккумулятора разряжать его полностью (глубокий разряд 75% и более процентов емкости), то количество доступных циклов будет минимальным, если же АКБ постоянно разряжать только на 50%, то количество циклов значительно возрастает. Ресурс тяговых гелевых CHILWEE BG – более 900 циклов при DOD-75% и 1200 циклов при DOD-60%.
Номенклатура аккумуляторов CHILWEE серии DZM
| Артикул | Вольт | Ёмкость (С5)* | Ёмкость (С20)* | Длина | Ширина | Высота | Вес |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 6-DZM-13,1 | 12 | 15 | 18 | 151 | 101 | 98 | 4,45 |
| 6-DZM-13,3 | 12 | 15 | 18 | 151 | 99 | 97 | 4,45 |
| 6-DZM-22,2 | 12 | 26 | 30 | 181 | 78 | 172 | 7,1 |
| 6-DZM-22,3 | 12 | 26 | 30 | 181 | 77 | 170 | 7,17 |
| 6-EVF-35,3 | 12 | 37 | 42 | 267 | 78 | 170 | 10,3 |
* Примечание: В соответствии с ГОСТом и международными стандартами ёмкость АКБ, измеряемая в Ампер/Часах, определяется в зависимости от силы тока разряда и температуры. При большой величине тока АКБ отдают емкость меньше, чем при разряде более длительными режимами (малая величина тока). Поэтому на всех тяговых аккумуляторах имеются обозначения: ёмкость по С3, С5, С10 или С20. Ёмкость одной и той же батареи в зависимом от силы тока разряда разная: наименьшая – при 3-х часовом разряде (С3), наибольшая при 20 часовом (С20). Для большинства машин на автономных источниках электрической тяги актуальна ёмкость по С5 (выделено в таблице шрифтом).
С повышением температуры электролита емкость АКБ растет. При низких температурах емкость и полезное действие АКБ уменьшаются. Ёмкость АКБ Chilwee соответствует температуре +25С (российский национальный стандарт определяет +30С).
Разработаны аккумуляторы из алюминия и графена, которые заряжаются в 60 раз быстрее литийионных
30.05.21
Австралийская компания Graphene Manufacturing Group (GMG) совместно с Австралийским институтом биоинженерии и нанотехнологий Квинслендского университета (UQ) создала аккумуляторы, которые по многим параметрам могут оказаться намного лучше современных литиевых батарей.
Новые аккумуляторы из алюминия и графена дешевле, не используют редкоземельных металлов, не горят, выдерживают высокие токи и широкий диапазон рабочих температур. Благодаря способности выдерживать большие токи разработчики называют свои батареи чуть ли не суперконденсаторами.
Разработка названа прорывной, хотя для электромобилей алюминиево-ионные графеновые аккумуляторы компания GMG обещает начать выпускать только в 2024 году. Со следующего года она запустит в производство аккумуляторы для других сфер.
В компании заявляют, что для выпуска алюминиево-ионных графеновых аккумуляторов для электромобилей необходимо создать элементы в стандартных формфакторах и со стандартными электрическими характеристиками, в частности — с таким же напряжением, как литийионные батареи. Пока же компания намерена выпускать революционные элементы в собственном формфакторе, который оптимизирован под фирменную технологию.
Катод алюминиево-ионной графеновой батареи представляет собой несколько слоёв перфорированного графена с порами примерно 2,3 нм. В поры уложены атомы алюминия, что делает материал довольно плотным с точки зрения возможности запасать энергию и способным пропускать намного большие токи, чем литийионные. Также следует учитывать, что каждый ион алюминия в процессе заряда обменивается на катоде на три электрона, тогда как ион лития обменивается только на один электрон.
Заявленные разработчиками токовые характеристики алюминиево-ионных графеновых аккумуляторов достигают 149 мА·ч/г и 5 А/г. По энергоёмкости «алюминиевые» батареи на 30–40 % хуже хороших современных литиевых батарей, но в 3 раза лучше лучших лабораторных образцов алюминиево-ионных аккумуляторов, которые прежде были разработаны в Стэнфордском университете. Австралийские аккумуляторы в нынешнем виде обещают удельную энергоёмкость до 160 Вт·ч/кг и мощность до 7000 Вт/кг.
Читайте также
Какие они и почему они важны?
Аккумуляторы для смартфонов в наши дни довольно хороши. Но если есть одна вещь, которую любители гаджетов никогда не смогут насытиться, так это обещание более длительного времени автономной работы. Разве не было бы замечательно, если бы наши телефоны продержались два или три полных дня интенсивного использования всего за одну зарядку? А как насчет целой недели? С графеновыми батареями это могло быть не такой уж несбыточной мечтой.
Справочник покупателя: Лучшие блоки питания, которые можно купить
Графеновые батареи еще не используются в смартфонах и других гаджетах, хотя, по слухам, у Samsung есть над чем работать.В будущем графен может стать материалом, который заменит литий-ионные батареи, от которых технологическая промышленность стала так полагаться на протяжении десятилетий.
Мы уже несколько раз писали о графене здесь, в Android Authority. Кажется, это одна из тех технологий, многообещающих, но она всегда не за горами. После многих лет ожидания мы, кажется, приближаемся к коммерциализации графеновых технологий. На рынки начинают поступать первые потребительские товары, такие как аккумуляторы из графенового композита (с использованием графена для улучшения химических свойств), и есть еще много чего, что можно встретить в самых разных отраслях промышленности.
Вот все, что вам нужно знать о графеновых батареях.
Что такое графеновая батарея?
Прежде чем углубляться в графеновую батарею, стоит быстро вспомнить, что такое графен и как он работает.
Вкратце, графен представляет собой композицию атомов углерода, прочно связанных в гексагональную или сотовую структуру. Что делает графен таким уникальным, так это то, что эта структура имеет толщину всего один атомный слой, что, по сути, делает графеновый лист двумерным. Эта двухмерная структура обладает очень интересными свойствами, включая превосходную электрическую и теплопроводность, высокую гибкость, высокую прочность и малый вес.Что нас особенно интересует, так это электрическая и теплопроводность, которая на самом деле превосходит медь – один из наиболее часто используемых проводящих металлов.
Суперконденсаторы позволяют батареям работать намного дольше и заряжаться почти мгновенно.
Когда дело доходит до батарей, возможности графена можно использовать по-разному. Идеальное использование графена в качестве батареи – это «суперконденсатор». Суперконденсаторы накапливают ток так же, как традиционные батареи, но могут заряжаться и разряжаться невероятно быстро.
Нерешенный трюк с графеном заключается в том, как экономично массово производить сверхтонкие листы для использования в батареях и других технологиях. В настоящее время производственные затраты непомерно высоки, но исследования помогают сделать графеновые батареи реальностью.
Еще в 2017 году компания Samsung объявила о прорыве, создав «графеновый шар». Хотя с тех пор мы больше ничего не слышали. Совсем недавно выяснилось, что Telsa, как сообщается, также заинтересована в технологии для автомобильных аккумуляторов.Точно так же китайский производитель автомобилей GAC планирует установить свою технологию графеновых батарей в своем первом автомобиле в сентябре 2021 года, и растет энтузиазм по поводу потенциального диапазона, предлагаемого графеновыми алюминиево-ионными элементами. Мы постепенно приближаемся к коммерческой жизнеспособности, но все еще далеки от массового внедрения графеновых батарей. Альтернативы графеновому композиту, хотя и дешевле, быстрее выходят на рынок.
Графен и литий-ионный
Как и литий-ионные (Li-ion) батареи, в графеновых элементах используются две проводящие пластины, покрытые пористым материалом и погруженные в раствор электролита.Но хотя их внутренняя структура очень похожа, эти две батареи обладают разными характеристиками.
Графен обладает более высокой электропроводностью, чем литий-ионные батареи. Это позволяет производить более быструю зарядку ячеек, которые также могут обеспечивать очень высокие токи. Это особенно полезно, например, для автомобильных аккумуляторов большой емкости или быстрой зарядки между устройствами. Высокая теплопроводность также означает, что батареи работают меньше, что продлевает срок их службы даже в тесных корпусах, таких как смартфон.
Графеновые батареи также легче и тоньше, чем современные литий-ионные элементы. Это означает меньшие, более тонкие устройства или большую емкость без необходимости в дополнительном пространстве. Не только это, но графен позволяет использовать гораздо более высокие емкости. Литий-ионный аккумулирует до 180 Втч энергии на килограмм, в то время как графен может хранить до 1000 Втч на килограмм.
Наконец, графен безопаснее. Хотя литий-ионные батареи имеют очень хорошие показатели безопасности, было несколько серьезных инцидентов, связанных с неисправными продуктами.Перегрев, перезаряд и проколы могут вызвать химический дисбаланс в литий-ионных аккумуляторах, что приведет к возгоранию. Графен гораздо более стабильный, гибкий и прочный, а также более устойчивый к таким проблемам.
Вам не обязательно иметь одно или другое. Литий-ионные батареи могут использовать графен для улучшения характеристик катодного проводника. Они известны как гибриды графена и оксида металла или батареи из графенового композита. Гибридные батареи имеют меньший вес, более быстрое время зарядки, большую емкость и более длительный срок службы, чем современные батареи.Первые графеновые батареи потребительского уровня представляют собой гибриды, такие как блок питания из графенового композита на видео в верхней части этой статьи.
Подробнее: Лучшие альтернативы литий-ионной технологии
Что означают графеновые батареи для смартфонов
Райан-Томас Шоу / Android Authority
Смартфоны будущего, оснащенные графеновыми элементами питания, продемонстрируют преимущества, описанные выше. Мобильные телефоны, аккумуляторы и т.п. могут заряжаться так же быстро или даже быстрее, чем современные технологии быстрой зарядки, представленные на рынке.Время автономной работы также должно хватить на день или два, если не дольше, а устройства могут быть тоньше и легче, чем сейчас.
Переход на графен может обеспечить 60% или больше емкости по сравнению с литий-ионным аккумулятором того же размера. Более прохладные батареи в сочетании с лучшим теплоотводом продлят срок службы устройства. Вам не нужно будет платить за замену дорогих батарей через пару лет, чтобы ваши старые устройства работали в отличном состоянии.
Не пропустите: как продлить время автономной работы вашего телефона Android
Графеновые батареи позволят смартфонам стать тоньше или обеспечить большую емкость аккумулятора, сохраняя при этом их нынешние размеры.Есть также интересные последствия для быстрой зарядки между устройствами. Благодаря батареям, способным поддерживать очень высокие токи и невероятно быстрому времени перезарядки и разряда, гаджеты могут заряжать друг друга на сверхбыстрой скорости.
Хотя технология портативных графеновых батарей пока еще далека от будущего, это заманчивая перспектива для будущих смартфонов, гаджетов, электромобилей и многого другого. К счастью, продукты из гибридного графена уже здесь, и в ближайшие месяцы и годы они должны стать еще более распространенными и доступными.Графен – определенно технология, за которой нужно следить.
Если графеновые батареи делают все, что говорят ученые, они могут изменить правила игры
Представьте, что вы едете по автостраде на своем новом электромобиле, оснащенном новейшей графеновой батареей. Вы замечаете, что у вас заканчивается сок, поэтому вы останавливаетесь на остановке для отдыха, включаете его и идете внутрь, чтобы взять пиццу.
К тому времени, когда вы закончите и выйдете на улицу, ваша машина уже почти заряжена – и готова к очередным непрерывным 300 милям.
Это будущее транспорта, которое, как обещают некоторые звездные ученые, скоро наступит. Они говорят, что благодаря сверхмощным батареям с графеном – листом углерода толщиной всего в один атом – все, от электроинструментов до электромобилей, будет заряжаться быстрее, сохранять больше энергии, стоить меньше и, возможно, даже поможет цивилизации наконец отойти от разрушающего планету ископаемого топлива. . И эти чудесные батареи могут начать выпускаться, говорят они, где-то в следующем году.
«Графен – удивительный материал, и он особенно хорош в качестве материала для батарей», – сказал Futurism Чип Брайтенкамп, ученый-полимер и вице-президент по развитию бизнеса компании NanoGraf, производящей графеновые батареи.По его словам, эта технология может «заставить батареи заряжаться быстрее и более эффективно рассеивать тепло. Это имеет большое значение. Это означает, что электроинструменты не так быстро перегреваются. Это означает, что бытовая техника служит семьям лучше и дольше. И в конечном итоге это означает, что электромобили могут заряжаться быстрее ».
«По сути, графен может играть центральную роль в обеспечении устойчивого электрического будущего», – добавил Брайтенкамп.
Быстрая зарядка – не единственное преимущество. В лаборатории NanoGraf заявляет, что их графеновые батареи показывают увеличение времени работы на 50 процентов по сравнению с обычными литий-ионными батареями, сокращение выбросов углекислого газа на 25 процентов и половину веса, необходимого для обеспечения такой же мощности.
Основная идея сводится к химии. В течение десятилетий производители аккумуляторов предпочли литий кремнию, потому что он обладает высокой электрической емкостью. Но у лития есть две ключевые проблемы. Он плохо проводит электричество и имеет тенденцию к физической деформации при разряде, в конечном итоге срезая и растрескиваясь. Смешивание или покрытие лития графеном или, в последнее время, родственными наноматериалами, такими как оксиды графена и восстановленные оксиды графена, решает обе проблемы. Графен обладает высокой проводимостью, позволяющей течь электричеству, и жестким, поэтому он помогает литию сохранять форму, позволяя батарее работать дольше.
«Графен обладает очень высокой электронной проводимостью, поэтому, когда вы помещаете его в кремниевый анод, проводимость действительно возрастает», – сказал Futurism Христос Атанасиу, инженер из Университета Брауна, опубликовавший исследование графеновых батарей. «И у графена действительно хорошие механические свойства – он действительно очень прочный. Поэтому, когда у вас расширяется анод, графен существенно препятствует этим изменениям объема, поэтому он не позволяет кремниевому аноду расширяться настолько, чтобы он не сломался.
Еще одно преимущество: поскольку прочность графена обеспечивает батареям намного больше жизненных циклов, чем у обычных батарей, по словам защитников, они могут «подтолкнуть» их сильнее и быстрее заряжать с помощью более мощного электрического тока. Они будут разлагаться быстрее, но их большое количество циклов разряда по-прежнему продлевает срок их службы по сравнению с обычными батареями.
Nanograf – не единственный стартап, который заявляет, что ориентируется на практичную графеновую батарею. Самуэль Гонг, генеральный директор компании Real Graphene, сказал Futurism, что, по его мнению, технология его компании может зарядить автомобиль менее чем за час.
«У нас также есть больший бюджет жизненных циклов, которым мы можем пожертвовать, потому что люди, скорее всего, хранят свои продукты не дольше нескольких лет», – сказал Гонг. «В некотором смысле графеновая батарея может выдержать гораздо большее наказание, что обеспечивает дополнительный жизненный цикл. Мы можем сделать это намного сильнее ».
В результате, по его словам, получилась дешевая батарея со значительно увеличенной энергоемкостью и производительностью.
«Я считаю, [графеновые батареи] столь же важны для развития технологий, как и что-то вроде пластика, – сказал Гонг, – где в будущем они могут быть применены практически ко всему.”
Обещания огромны, но в то же время конкретные претензии могут начать выглядеть нечеткими. Nanograf говорит, что уже работает с производителем электроинструментов и компанией, которая производит аккумуляторы для электромобилей, чтобы вывести свою технологию на рынок, но не может назвать конкретных партнеров.
И Гонг сказал нам, что Real Graphene уже пилотирует автобусы, работающие на батареях Graphene, в Шанхае, Китай, но когда мы попросили подробностей о программе, например, кто управляет автобусами и соответствуют ли батареи своим внушительным техническим обещаниям, он отказался от комментариев.
В более широком смысле графен был впервые выделен в 2004 году. Зачем было нужно вкладывать его во все, что сейчас ?
«Последние 15-20 лет, в основном, все сообщество накопителей энергии проделало большую работу над тем, как сделать хороший нанокомпозитный материал, как сделать этот кремний-графеновый анод желаемыми свойствами», – сказал Атанасиу. «Итак, в последнее время, в последние годы, стало легче производить графен, и есть другие наноматериалы на основе графена, такие как оксид графена.
«Эти наноматериалы обладают еще лучшими свойствами», – добавил он. «Оксид графена, например, лучше смешивается с кремнием. А потом выяснилось, что когда вы используете восстановленный оксид графена, он обладает еще лучшими свойствами ».
Другими словами, графен уже много лет находится в постоянном состоянии, «почти готовым произвести революцию в мире». Но в связи с тенденцией к снижению производственных затрат несколько стартапов заявили Futurism, что их батареи будут продаваться в небольших устройствах, таких как электроинструменты, уже в следующем году.После этого они планируют стать еще более амбициозными.
«Аккумуляторы, которые используются в электромобилях, требуют чрезвычайно длительных циклов испытаний», – сказал Futurism Брайтенкамп из NanoGraf. «Итак, вы можете себе представить, что эти батареи нужно тестировать как минимум в течение трех-четырех лет. Речь идет не о том, чтобы наши технологии работали в электромобиле прямо сейчас. Мы полностью уверены в этом, но это вопрос всех проверок, необходимых для использования электромобиля ».
«Дело не в том, работает ли он, а в том, сколько времени пройдет, прежде чем он получит одобрение таких вещей, как безопасность и долговечность», – добавил Брайтенкамп.
Возможно, графеновые батареи вызывают интерес не только у стартапов. Фактически, несколько экспертов, опрошенных для этой истории, предположили, что Тесла может тайно экспериментировать с той же технологией, хотя все они подчеркивали, что теория была всего лишь предположением.
«Я не сомневаюсь, что Tesla работает над такой технологией», – сказал Гонг, добавив, что создание достаточно мощных зарядных устройств может быть более сложной задачей, чем изготовление самих графеновых батарей.
«Возможно, они это сделают, но все это сверхсекретно», – сказал Афанасиу. «Никто за пределами компании об этом не узнает».
Tesla, которая недавно распустила весь свой отдел по связям с общественностью, не ответила на вопросы футуризма или просьбу о комментариях. Но независимо от того, работает ли Tesla над графеновыми батареями, существует множество технических проблем, которые необходимо решить, прежде чем они станут полезными в качестве потребительского продукта.
Одна практическая проблема, по словам Гонга, будет заключаться в том, что, если крупному автопроизводителю удастся разработать готовые к рынку графеновые батареи, огромное количество зарядных устройств может привести к полной перегрузке электрической инфраструктуры.
«Электросеть с трудом справляется даже с тем, что у нас есть прямо сейчас, по крайней мере, когда мы говорим о районе залива. Это просто то, чего я не вижу, просто потому, что это такая большая сила », – сказал Гонг. «Это не просто строительство атомной электростанции и утверждение, что у нас есть энергия. Это еще и подача электроэнергии: сможет ли городская проводка выдержать этот скачок напряжения ».
Есть, по общему признанию, еще технические проблемы, которые необходимо решить. Во-первых, по словам Брейтенкампа, слишком сильное нажатие на батареи может вызвать такие проблемы, как ползучесть дендритов – по сути, внутреннее короткое замыкание.Но несколько экспертов сказали, что ползучесть дендритов в футуризме может быть решена, если вы догадались, с большим количеством графена.
Тем не менее, даже если добавление большего количества графена блокирует ползучесть дендритов, существуют сохраняющиеся производственные проблемы. Разные компании используют разные приемы, чтобы покрыть или внедрить батареи в графен, но согласованность является проблемой независимо от методологии.
Короче говоря, сказал Атанасиу, ученые могут создавать действительно хорошие прототипы в лаборатории, но переход к массовому производству готовой продукции – это совершенно отдельная задача.
«Я могу сказать вам, что наука существует», – сказал Афанасиу. «Однако технологически он еще не готов. Мы знаем, как изготавливать эти нанокомпозитные кремниевые графены, но как сделать их воспроизводимыми – это большая проблема ».
И, конечно же, есть шумиха, которая продвигает графен вперед и поддерживает к нему интерес с момента его открытия. Его превратили в куртки, рекламировали как источник бесконечного электричества и даже как способ мгновенного опреснения воды.
Частично это связано с необходимостью ученых, которым необходимо вызвать интерес к своей работе, сказал Грег Лесс, технический директор Лаборатории пользователей батарей Института энергетики Мичиганского университета. Но он также сказал, что не уверен, насколько полезными окажутся графеновые батареи. Он пояснил, что графен не является предметом особой компетенции Менса, но подозревает, что это может исчезнуть в виде еще одной причуды.
В качестве примера он привел углеродные нанотрубки – «чудо-материал» прошлого.Углеродные нанотрубки – это, по сути, просто кусочки графена, свернутые в трубки, и было сделано много смелых заявлений о том, как это тоже революционизирует общество.
«[Графен] сейчас довольно интересный материал, – сказал Лесс. «Будут ли улучшения? Ага. Достаточно ли этих улучшений, чтобы заменить более дешевый и доступный вариант? Возможно нет. Может быть. Я не знаю. Я не знаю.”
Короче говоря, шумиха вокруг графена заслоняет его будущее. Трудно отделить реальную полезность наноматериала от благих намерений, которые в конечном итоге потерпят неудачу.Но нам нужно как-то очистить нашу экологическую деятельность, и если мы хотим предотвратить самые разрушительные последствия изменения климата, нам, возможно, понадобится один или два длинных снимка, Богородица. Если даже часть того, что сторонники графена считают возможным, в конечном итоге произойдет, это действительно станет ценным оружием в борьбе с ископаемым топливом.
«Мы просто рады видеть, что электрификация стала реальностью», – сказал Брайтенкамп о потенциале графена для революции в электромобилях. «Последние десять лет это казалось незнакомым.Возможность сделать машину, достаточно доступную для того, чтобы поставить ее в гараж, изменит многое. Это изменит представление об изменении климата и даже о рабочих местах ».
Подробнее о чистой энергии: Сахар, свет и новый тип химии – что может понадобиться, чтобы отучить нас от ископаемого топлива
Как читатель футуризма, мы приглашаем вас присоединиться к Singularity Global Сообщество, форум нашей материнской компании для обсуждения футуристической науки и технологий с единомышленниками со всего мира.Присоединяйтесь бесплатно, зарегистрируйтесь сейчас!
Графен для батарей, суперконденсаторов и др.
Ся, Дж., Чен, Ф., Ли, Дж. И Тао, Н. Измерение квантовой емкости графена. Нат. Nanotechnol. 4 , 505–509 (2009). Это исследование установило метод прямого измерения квантовой емкости графена, который говорит нам о максимальной (теоретической) удельной емкости, которую может достичь графен.
CAS Google Scholar
Ван Г. и др. . Нанокомпозит Sn / графен с трехмерной архитектурой для улучшенного обратимого хранения лития в литий-ионных батареях. J. Mater. Chem. 19 , 8378–8384 (2009).
CAS Google Scholar
Ким, Х., Парк, К. Ю., Хонг, Дж. И Канг, К. Полностью графеновая батарея: устранение разрыва между суперконденсаторами и литий-ионными батареями. Sci. Отчет 4 , 5278 (2014).
CAS Google Scholar
Феррари, А.С. и др. . Дорожная карта науки и технологий для графена, связанных двумерных кристаллов и гибридных систем. Наноразмер 7 , 4598–4810 (2015). Исчерпывающий обзор, описывающий физику и химию графена и выделяющий наиболее многообещающие результаты и приложения, достигнутые к настоящему времени.
CAS Google Scholar
Луо, Дж., Джанг, Х. Д. и Хуанг, Дж. Влияние морфологии листа на масштабируемость ультраконденсаторов на основе графена. САУ Нано 7 , 1464–1471 (2013).
CAS Google Scholar
Чуа, К. К. и др. . Синтез сильно флуоресцентных квантовых точек графена бакминстерфуллереном, открывающим клетку. ACS Nano 9 , 2548–2555 (2015).
CAS Google Scholar
Hassan, M. et al. . Квантовые точки графена с обогащенными краями для усиления фотолюминесценции и сверхемкости. Наноразмер 6 , 11988–11994 (2014).
CAS Google Scholar
Лю, В. В., Фэн, Ю. К., Янь, X. Б., Чен, Дж. Т. и Сюэ, К. Дж. Превосходные микро-суперконденсаторы на основе графеновых квантовых точек. Adv. Функц. Матер. 23 , 4111–4122 (2013).
CAS Google Scholar
Йе, Т. Ф., Тэн, К. Ю., Чен, С.Дж. И Тенг, Х. Квантовые точки оксида графена, легированные азотом, как фотокатализаторы для общего расщепления воды при освещении видимым светом. Adv. Матер. 26 , 3297–3303 (2014).
CAS Google Scholar
Cheng, H., Hu, C., Zhao, Y. & Qu, L. Графеновое волокно: новая материальная платформа для уникальных приложений. NPG Asia Mater. 6 , e113 (2014).
CAS Google Scholar
Коу, Л. и др. . Коаксиальные суперконденсаторы из пряжи мокрого прядения для высокой плотности энергии и безопасной носимой электроники. Нат. Commun. 5 , 3754 (2014).
CAS Google Scholar
Ю, Д. и др. . Масштабируемый синтез иерархически структурированных углеродных нанотрубок – графеновых волокон для емкостного хранения энергии. Нат. Nanotechnol. 9 , 555–562 (2014).
CAS Google Scholar
Ан, Ю., Jeong, Y., Lee, D. & Lee, Y. Наноструктура нанопроволоки меди – графеновое ядро – оболочка для высокостабильных прозрачных проводящих электродов. САУ Нано 9 , 3125–3133 (2015).
CAS Google Scholar
Чжоу М. и др. . Высокопроводящие пористые композиты графен / керамика для передачи тепла и хранения тепловой энергии. Adv. Функц. Матер. 23 , 2263–2269 (2013).
CAS Google Scholar
Bi, H. и др. . Губчатый графен как высокоэффективный и пригодный для вторичной переработки сорбент масел и органических растворителей. Adv. Функц. Матер. 22 , 4421–4425 (2012).
CAS Google Scholar
Якус, А. Э. и др. . Трехмерная печать графеновых каркасов с высоким содержанием для электронных и биомедицинских приложений. ACS Nano 9 , 4636–4648 (2015). Эта работа демонстрирует печать трехмерных архитектур с высоким содержанием графена, что позволяет изготавливать электроды с высокой электропроводностью.Это может быть использовано при разработке и производстве широкого спектра функциональных электронных, биологических и биоэлектронных медицинских и немедицинских устройств.
CAS Google Scholar
Ян, З. и др. . Прогресс в создании и применении трехмерных пористых нанокомпозитов на основе графена. Наноразмер 7 , 5563–5577 (2015).
CAS Google Scholar
Тиббитс, С.4D-печать: изменение формы из разных материалов. Archit. Дизайн 84 , 116–121 (2014).
Google Scholar
Ли, Д., Мюллер, М. Б., Гилье, С., Канер, Р. Б. и Уоллес, Г. Г. Перерабатываемые водные дисперсии графеновых нанолистов. Нат. Nanotechnol. 3 , 101–105 (2008).
CAS Google Scholar
Li, Z., Лю, З., Сан, Х. и Гао, К. Сверхструктурированная сборка наноуглеродов: фуллерены, нанотрубки и графен. Chem. Ред. 115 , 7046–7117 (2015).
CAS Google Scholar
Шао, Й., Ван, Х., Чжан, К. и Ли, Й. Изготовление пленок фото восстановленного оксида графена с большой площадью и высокой кристалличностью с помощью реконструированных двумерных многослойных структур. NPG Asia Mater. 6 , e119 (2014).
CAS Google Scholar
Чжоу М. и др. . Высокопроизводительные кремниевые аккумуляторные аноды, созданные на основе инженерных графеновых сборок. Nano Lett. 15 , 6222–6228 (2015).
CAS Google Scholar
Hwang, J. Y. и др. . Непосредственная подготовка и обработка нанокомпозитных электродов графен / RuO2 для высокоэффективного емкостного накопления энергии. Nano Energy 18 , 57–70 (2015).
CAS Google Scholar
Ван, Дж. и др. . Покрытие стержня: для изготовления однородных пленок восстановленного оксида графена на большой площади для гибких сенсорных экранов. Adv. Матер. 24 , 2874–2878 (2012).
CAS Google Scholar
Ху, Л., Ву, Х. и Цуй, Ю.Печатные накопители энергии путем объединения электродов и разделителей в отдельные листы бумаги. Прил. Phys. Lett. 96 , 183502 (2010).
Google Scholar
Чой, Дж. Х. и др. . Многослойный электрод с агрегатами нано-Li4Ti5O12, зажатыми между углеродными нанотрубками и графеновыми сетками для мощных литий-ионных аккумуляторов. Sci. Отчет 4 , 7334 (2014).
CAS Google Scholar
Чжан Ю. и др. . Тонкое покрытие на основе оксида графена на сепараторе: эффективный барьер для высокостабильных литий-серных батарей. 2D Mater. 2 , 024013 (2015).
Google Scholar
Ким Д. Ю. и др. . Самовосстановление пленок восстановленного оксида графена сверхзвуковым кинетическим напылением. Adv. Функц. Матер. 24 , 4986–4995 (2014).
CAS Google Scholar
Синь, Г. и др. . Отдельностоящая графеновая бумага большой площади для превосходного управления температурой. Adv. Матер. 26 , 4521–4526 (2014).
CAS Google Scholar
Робертс М. и др. . Литий-ионные батареи 3D – от основы до изготовления. J. Mater. Chem. 21 , 9876–9890 (2011).
CAS Google Scholar
Le, L.Т., Эрвин, М. Х., Цю, Х., Фукс, Б. Э. и Ли, У. Й. Электроды графенового суперконденсатора, изготовленные методом струйной печати и термического восстановления оксида графена. Electrochem. Commun. 13 , 355–358 (2011).
CAS Google Scholar
Xu, Y. et al . Тонкопленочный суперконденсатор для трафаретной печати с использованием чернил графена / полианилина. Adv. Energy Mater. 3 , 1035–1040 (2013).
CAS Google Scholar
Секор, Э. Б. и др. . Глубокая печать графена для гибкой электроники большой площади. Adv. Матер. 26 , 4533–4538 (2014).
CAS Google Scholar
Натан, М. и др. . Трехмерные тонкопленочные литий-ионные микробатареи для автономных МЭМС. J. Microelectromech.Syst. 14 , 879–885 (2005).
CAS Google Scholar
Миллер, Дж. Р., Аутло, Р. А. и Холлоуэй, Б. С. Двухслойный графеновый конденсатор с фильтрацией линии переменного тока. Наука 329 , 1637–1639 (2010). Первое исследование по использованию графеновых конденсаторов EDL для линейной фильтрации переменного тока (120 Гц) с использованием вертикально ориентированных листов графена, выращенных непосредственно на никелевой подложке.
CAS Google Scholar
Шэн, К., Sun, Y., Li, C., Yuan, W. & Shi, G. Суперконденсаторы сверхвысокой емкости на основе электрохимически восстановленного оксида графена для сетевой фильтрации переменного тока. Sci. Отчет 2 , 247 (2012).
Google Scholar
Lin, J. et al. . Трехмерные микросуперконденсаторы на основе коврового покрытия из графеновых углеродных нанотрубок с высокими электрохимическими характеристиками. Nano Lett. 13 , 72–78 (2012).
Google Scholar
Wu, Z.С., Лю, З., Парвез, К., Фенг, X. и Мюллен, К. Ультратонкие графеновые суперконденсаторы с возможностью печати и фильтрацией линии переменного тока. Adv. Матер. 27 , 3669–3675 (2015).
CAS Google Scholar
Курра Н., Хота М. К. и Альшариф Х. Н. Проводящие полимерные микроконденсаторы для гибкого накопления энергии и сетевой фильтрации переменного тока. Nano Energy 13 , 500–508 (2015).
CAS Google Scholar
Натан, А. и др. . Гибкая электроника: следующая повсеместная платформа. Proc. IEEE 100 , 1486–1517 (2012).
Google Scholar
Шетс, Дж. Р. Вопросы производства и коммерциализации органической электроники. J. Mater. Res. 19 , 1974–1989 (2004).
CAS Google Scholar
Ван, Х. и Ши, Г.Гибкие графеновые устройства, связанные с преобразованием и хранением энергии. Energy Environ. Sci. 8 , 790–823 (2015).
CAS Google Scholar
Шао, Ю. и др. . Материалы на основе графена для гибких суперконденсаторов. Chem. Soc. Ред. 44 , 3639–3665 (2015).
CAS Google Scholar
Роджерс, Дж.А., Сомея Т. и Хуанг Ю. Материалы и механика растягиваемой электроники. Наука 327 , 1603–1607 (2010).
CAS Google Scholar
Chen, T., Xue, Y., Roy, A. K. и Dai, L. Прозрачные и растягиваемые высокоэффективные суперконденсаторы на основе морщинистых графеновых электродов. ACS Nano 8 , 1039–1046 (2013).
Google Scholar
Йост, К., Дион, Г. и Гогоци, Ю. Текстильные накопители энергии в перспективе. J. Mater. Chem. А 2 , 10776–10787 (2014).
CAS Google Scholar
Ю. Г. и др. . Наноструктурированный текстиль графен / MnO2, обработанный на растворе, для высокоэффективных электрохимических конденсаторов. Nano Lett. 11 , 2905–2911 (2011).
CAS Google Scholar
Meng, Y. и др. . Полностью графеновые микроволокна сердцевина-оболочка для твердотельных растягиваемых волокнистых суперконденсаторов и носимых электронных тканей. Adv. Матер. 25 , 2326–2331 (2013).
CAS Google Scholar
Факкетти, А. и Маркс, Т. Дж. Прозрачная электроника: от синтеза к приложениям (Wiley, 2010).
Google Scholar
Ян Ю. и др. . Прозрачные литий-ионные батареи. Proc. Natl Acad. Sci. США 108 , 13013–13018 (2011).
CAS Google Scholar
Li, N., Chen, Z., Ren, W., Li, F. и Cheng, H.M. Гибкие литий-ионные батареи на основе графена со сверхбыстрой зарядкой и разрядкой. Proc. Natl Acad. Sci. США 109 , 17360–17365 (2012).
CAS Google Scholar
Линь, М.С. и др. . Сверхбыстрый перезаряжаемый алюминиево-ионный аккумулятор. Природа 520 , 324–328 (2015).
CAS Google Scholar
Ye, M. et al. . Уникально устроенная структура графен-на-графене в качестве анода без связующего для высокоэффективных литий-ионных батарей. Малый 10 , 5035–5041 (2014).
CAS Google Scholar
Гвон, Х. и др. . Гибкие накопители энергии на основе графеновой бумаги. Energy Environ. Sci. 4 , 1277–1283 (2011).
CAS Google Scholar
Эль-Кади, М. Ф., Стронг, В., Дубин, С. и Канер, Р. Б. Лазерная разметка высокоэффективных и гибких электрохимических конденсаторов на основе графена. Наука 335 , 1326–1330 (2012).
CAS Google Scholar
Гао, W. и др. . Прямая лазерная запись микроконденсаторов на пленках гидратированного оксида графита. Нат. Nanotechnol. 6 , 496–500 (2011).
CAS Google Scholar
Карим М. Р. и др. . Нанолист оксида графена с высокой протонной проводимостью. J. Am. Chem. Soc. 135 , 8097–8100 (2013).
CAS Google Scholar
Хатакеяма, К. и др. . Протонная проводимость нанолистов оксида графена: однослойных, многослойных и модифицированных нанолистов. Angew. Chem. Int. Эд. Англ. 53 , 6997–7000 (2014).
CAS Google Scholar
Zhang, Q. et al. . Аномальное емкостное поведение твердотельных суперконденсаторов на основе оксида графена. Nano Lett. 14 , 1938–1943 (2014).
CAS Google Scholar
Ян Х., Cheng, C., Wang, Y., Qiu, L. & Li, D. Плотная интеграция графеновых материалов, опосредованная жидкостью, для компактного емкостного накопления энергии. Наука 341 , 534–537 (2013).
CAS Google Scholar
Xu, Y. et al. . Дырчатые графеновые каркасы для высокоэффективного емкостного накопления энергии. Нат. Commun. 5 , 4554 (2014).
CAS Google Scholar
Эль-Кады, м.F. и др. . Разработка трехмерных гибридных суперконденсаторов и микросуперконденсаторов для высокопроизводительных интегрированных накопителей энергии. Proc. Natl Acad. Sci. США 112 , 4233–4238 (2015).
CAS Google Scholar
Ли, Х., Янилмаз, М., Топракчи, О., Фу, К. и Чжан, X. Обзор последних разработок в области мембранных сепараторов для литий-ионных аккумуляторных батарей. Energy Environ.Sci. 7 , 3857–3886 (2014).
CAS Google Scholar
Хуанг, Дж. К. и др. . Селективная мембрана из оксида графена для высокостабильных литий-серных батарей с защитой от саморазряда. ACS Nano 9 , 3002–3011 (2015).
CAS Google Scholar
Наир, Р. Р., Ву, Х. А., Джаярам, П. Н., Григорьева, И.В. и Гейм, А. К. Беспрепятственное проникновение воды через гелиевые герметичные мембраны на основе графена. Наука 335 , 442–444 (2012).
CAS Google Scholar
Джоши Р. К. и др. . Точное и сверхбыстрое молекулярное просеивание через мембраны из оксида графена. Наука 343 , 752–754 (2014).
CAS Google Scholar
Гао, W. и др. . Озонированная пленка оксида графена как протонообменная мембрана. Angew. Chem. Int. Эд. Англ. 53 , 3588–3593 (2014).
CAS Google Scholar
Лю Ф., Сонг, С., Сюэ, Д. и Чжан, Х. Сложенная структурированная графеновая бумага для высокоэффективных электродных материалов. Adv. Матер. 24 , 1089–1094 (2012).
CAS Google Scholar
Мукерджи, Р., Томас, А. В., Кришнамурти, А. и Кораткар, Н. Фототермически восстановленный графен в качестве мощных анодов для литий-ионных аккумуляторов. ACS Nano 6 , 7867–7878 (2012).
CAS Google Scholar
Xu, Y. et al . Сольватированные графеновые каркасы как высокоэффективные аноды для литий-ионных аккумуляторов. Angew. Chem. Int. Эд. Англ. 127 , 5435–5440 (2015).
Google Scholar
Wu, Z.С., Рен, В., Сюй, Л., Ли, Ф. и Ченг, Х. М. Листы легированного графена в качестве анодных материалов со сверхвысокой скоростью и большой емкостью для литий-ионных аккумуляторов. ACS Nano 5 , 5463–5471 (2011).
CAS Google Scholar
Чжоу В. и др. . Общая стратегия создания наноструктур ядро-оболочка из оксида металла-графена для высокоэффективного хранения лития. Energy Environ. Sci. 4 , 4954–4961 (2011).
CAS Google Scholar
Ху, Л. Х., Ву, Ф. Ю., Лин, К. Т., Хлобыстов, А. Н. и Ли, Л. Дж. Катод LiFePO4, модифицированный графеном, для литий-ионной батареи сверх теоретической емкости. Нат. Commun. 4 , 1687 (2013).
Google Scholar
Chou, S. L., Pan, Y., Wang, J. Z., Liu, H. K. & Dou, S. X. Небольшие вещи имеют большое значение: связующее влияет на характеристики Li и Na батарей. Phys. Chem. Chem. Phys. 16 , 20347–20359 (2014).
CAS Google Scholar
He, S. & Chen, W. 3D-графеновые наноматериалы для суперконденсаторов без связующего: научный дизайн для повышения производительности. Наноразмер 7 , 6957–6990 (2015).
CAS Google Scholar
Нето, А.Х., Новоселов, К.Двумерные кристаллы: за пределами графена. Mater. Экспресс 1 , 10–17 (2011).
Google Scholar
Батлер С. З. и др. . Прогресс, проблемы и возможности в двумерных материалах помимо графена. ACS Nano 7 , 2898–2926 (2013).
CAS Google Scholar
Гупта, А., Сакхивел, Т.& Сил, С. Последние разработки в 2D-материалах помимо графена. Прог. Матер. Sci. 73 , 44–126 (2015).
CAS Google Scholar
Chhowalla, M. et al. . Химия двумерных слоистых нанолистов из дихалькогенидов переходных металлов. Нат. Chem. 5 , 263–275 (2013).
Google Scholar
Acerce, M., Вуари Д. и Чховалла М. Металлические нанолисты MoS2 фазы 1T в качестве электродных материалов суперконденсатора. Нат. Nanotechnol. 10 , 313–318 (2015). Металлическая 1Т-фаза MoS2 обладает способностью интеркалировать различные катионы, что делает ее перспективной для электрохимического накопления энергии как в водных, так и в органических средах.
CAS Google Scholar
да Силвейра Фирмиано, Э. Г. и др. .Электроды суперконденсатора, полученные прямым соединением 2D MoS2 на восстановленном оксиде графена. Adv. Energy Mater. 4 , 1301380 (2014).
Google Scholar
Чанг, К. и Чен, В. Синтез слоистых композитов MoS2 / графен с помощью L-цистеина с превосходными электрохимическими характеристиками для литий-ионных аккумуляторов. ACS Nano 5 , 4720–4728 (2011).
CAS Google Scholar
Нагиб, М.& Гогоци, Ю. Синтез двумерных материалов путем селективной экстракции. В соотв. Chem. Res. 48 , 128–135 (2014).
Google Scholar
Гидиу М., Лукацкая М. Р., Чжао М. К., Гогоци Ю. и Барсум М. В. Проводящий двумерный карбид титана «глина» с высокой объемной емкостью. Nature 516 , 78–81 (2014).
CAS Google Scholar
Машталир, О. и др. . Интеркаляция и расслоение слоистых карбидов и карбонитридов. Нат. Commun. 4 , 1716 (2013).
Google Scholar
Гаффарзаде, К. Графен и 2D-материалы: рынки, технологии и возможности 2015–2025 гг. (IDTechEx, 2015).
Google Scholar
Вайнштейн, Л. и Дэш, Р. Углероды суперконденсаторов. Mater. Сегодня 10 , 356–357 (2013).
Google Scholar
Вольф, Э. Л. в книге Applications of Graphene 19–38 (Springer, 2014).
Google Scholar
Chen, Q. et al . Повышенная люминесценция горячих носителей в многослойных наносферах из восстановленного оксида графена. Sci. Отчет 3 , 2315 (2013).
Google Scholar
Раччини, Р., Варци, А., Пассерини, С. и Скросати, Б. Роль графена для электрохимического накопления энергии. Нат. Матер. 14 , 271–279 (2015).
CAS Google Scholar
Wei, W. et al. . Влияние упаковки из графена на характеристики LiFePO4 для литий-ионной батареи. Углерод 57 , 530–533 (2013).
CAS Google Scholar
Wu, Z.С. и др. . Композитные электродные материалы на основе графена и оксида металла для накопления энергии. Nano Energy 1 , 107–131 (2012).
CAS Google Scholar
Park, S.H. и др. . Процесс обжаривания с помощью распыления для сферической сборки in situ из графена для устройств накопления энергии. Chem. Матер. 27 , 457–465 (2015).
CAS Google Scholar
Цай, Дж. и др. . Изготовление графеновых нанолент снизу вверх с атомарной точностью. Nature 466 , 470–473 (2010).
CAS Google Scholar
Цзяо, Л., Чжан, Л., Ван, X., Дяньков, Г. и Дай, Х. Узкие графеновые наноленты из углеродных нанотрубок. Nature 458 , 877–880 (2009).
CAS Google Scholar
Конг, Х.П., Рен, X. С., Ван, П. и Ю, С. Х. Мокрое прядение непрерывных, чистых и макроскопических графеновых волокон. Sci. Отчет 2 , 613 (2012).
Google Scholar
Hu, C. et al. . Графеновые микротрубки: контролируемое изготовление и сайт-специфическая функционализация. Nano Lett. 12 , 5879–5884 (2012).
CAS Google Scholar
Станкович, С. и др. . Синтез нанолистов на основе графена путем химического восстановления расслоенного оксида графита. Углерод 45 , 1558–1565 (2007).
CAS Google Scholar
Лю К., Ю З., Нефф Д., Жаму А. и Джанг Б. З. Суперконденсатор на основе графена со сверхвысокой плотностью энергии. Nano Lett. 10 , 4863–4868 (2010).
CAS Google Scholar
Чжу, Ю., и др. . Суперконденсаторы на основе углерода, полученные путем активации графена. Наука 332 , 1537–1541 (2011). Это исследование описывает новую стратегию повышения плотности энергии графеновых суперконденсаторов посредством химической активации расслоенного оксида графита. Это приводит к пористому углю с площадью поверхности более 3000 м 2 г -1 , отличающихся повышенной удельной емкостью и пониженным сопротивлением.
CAS Google Scholar
Бай, Дж., Чжун, X., Цзян, С., Хуанг, Ю. и Дуань, X. Графен наномеш. Нат. Nanotechnol. 5 , 190–194 (2010).
CAS Google Scholar
Донг, З. и др. . Легкое изготовление легких, гибких и многофункциональных графеновых волокон. Adv. Матер. 24 , 1856–1861 (2012).
CAS Google Scholar
Li, X. et al. . Многофункциональные ткани из графена. Sci. Отчет 2 , 395 (2012).
CAS Google Scholar
Ян З. и др. . Гексагональные луковые кольца из графена. J. Am. Chem. Soc. 135 , 10755–10762 (2013).
CAS Google Scholar
Чой, Б.Г., Янг, М., Хонг, В. Х., Чой, Дж. У. и Хух, Ю. С. Трехмерные макропористые графеновые каркасы для суперконденсаторов с высокой плотностью энергии и мощности. ACS Nano 6 , 4020–4028 (2012).
CAS Google Scholar
Чен, З. и др. . Трехмерные гибкие и проводящие взаимосвязанные графеновые сети, выращенные методом химического осаждения из газовой фазы. Нат. Матер. 10 , 424–428 (2011).
CAS Google Scholar
Xu, Y., Sheng, K., Li, C. & Shi, G. Самособирающийся графеновый гидрогель посредством одностадийного гидротермального процесса. ACS Nano 4 , 4324–4330 (2010).
CAS Google Scholar
Коркут, С., Рой-Мэйхью, Дж. Д., Даббс, Д. М., Милиус, Д. Л. и Аксай, И. А. Ленты с большой площадью поверхности, изготовленные из функционализированного графена. ACS Nano 5 , 5214–5222 (2011).
CAS Google Scholar
Sun, H., Xu, Z. & Gao, C. Многофункциональные сверхлегкие углеродные аэрогели синергетической сборки. Adv. Матер. 25 , 2554–2560 (2013).
CAS Google Scholar
Бай Х., Ли К., Ван Х. и Ши Г. О гелеобразовании оксида графена. J. Phys. Chem. С 115 , 5545–5551 (2011).
CAS Google Scholar
Берресс, Дж. У. и др. . Каркасные материалы из оксида графена: теоретические прогнозы и экспериментальные результаты. Angew. Chem. Int. Эд. Англ. 49 , 8902–8904 (2010).
CAS Google Scholar
Джахан, М., Бао, К. и Ло, К.P. Электрокаталитически активный композит графен – порфирин MOF для реакции восстановления кислорода. J. Am. Chem. Soc. 134 , 6707–6713 (2012).
CAS Google Scholar
Чжао, Ю. и др. . Универсальный сверхлегкий каркас из графена, легированного азотом. Angew. Chem. Int. Эд. Англ. 124 , 11533–11537 (2012).
Google Scholar
Гилье, С., Хан, С., Ван, М., Ван, К. Л. и Канер, Р. Б. Химический путь получения графена для устройств. Nano Lett. 7 , 3394–3398 (2007).
CAS Google Scholar
Тунг, В. К., Аллен, М. Дж., Янг, Ю. и Канер, Р. Б. Высокопроизводительная обработка растворов крупномасштабного графена. Нат. Nanotechnol. 4 , 25–29 (2009).
CAS Google Scholar
Ликари, Дж.J. Покрытия для электронных приложений: полимеры, обработка, надежность, тестирование (William Andrew Publishing, 2003).
Google Scholar
Ли, Дж. У. и др. . Чрезвычайно стабильное переключение ультратонких электродов из нанопроволоки V2O5 – графен для катодов литиевых аккумуляторов. Energy Environ. Sci. 5 , 9889–9894 (2012).
CAS Google Scholar
Чжан, Х. и др. . Электроспрядные композитные нановолокна TiO2 – графен в качестве высокопрочного вставного анода для литий-ионных аккумуляторов. J. Phys. Chem. С 116 , 14780–14788 (2012).
CAS Google Scholar
Лян, Ю., Ву, Д., Фенг, X. и Мюллен, К. Дисперсия графеновых листов в органическом растворителе, поддерживаемая ионными взаимодействиями. Adv. Матер. 21 , 1679–1683 (2009).
CAS Google Scholar
Д’Арси, Дж.М., Тран, Х. Д., Стиг, А. З., Гимзевски, Дж. К. и Канер, Р. Б. Выровненные тонкие пленки углеродных нанотрубок, графена и оксида графита путем направленного на подложку быстрого межфазного осаждения. Наноразмер 4 , 3075–3082 (2012).
CAS Google Scholar
Li, X. et al. . Листы графена с высокой проводимостью и пленки Ленгмюра – Блоджетт. Нат. Nanotechnol. 3 , 538–542 (2008).
CAS Google Scholar
Ю. Д. и Дай Л. Самособирающиеся гибридные пленки графен / углеродные нанотрубки для суперконденсаторов. J. Phys. Chem. Lett. 1 , 467–470 (2009).
Google Scholar
Есть ли в нашем (ближайшем) будущем графеновая батарея?
Графен – увлекательная штука, многообещающая. Может ли это дать полезные результаты для хранения энергии, все еще остается открытым вопросом.Но Samsung и стартап под названием Real Graphene могут иметь хотя бы начало в этой сфере. GAC, китайская автомобильная компания, похоже, обещает аккумуляторы до конца того, что осталось в этом году. Может быть надежда среди темной зимы.
Отстающие обещания Samsung
В 2017 году группа исследователей из Передового технологического института Samsung (SAIT) разработала «шар из графена », обещающий увеличение емкости на 45 процентов и скорость зарядки в пять раз выше, чем у стандартных литий-ионных аккумуляторов.В надежде на использование мобильных устройств и электромобилей SAIT тесно сотрудничал с Samsung SDI *, а также с командой из Школы химической и биологической инженерии Сеульского национального университета.
* Непростое сокращение, SDI означает «Samsung с начальной буквой S,« Display »и« Digital »с D и« Interface »и« Internet Component »с I.» Возможно, это не самая чистая работа в области корпоративного брендинга.
Для полной зарядки обычных литиевых аккумуляторов в транспортных средствах может потребоваться значительное время.«Зарядка» аккумуляторов дома от 120-вольтовой розетки может занять несколько дней, чтобы полностью зарядить автомобиль дальнего следования, такой как Tesla. По словам Samsung, «теоретически для полной зарядки аккумулятора на основе материала« графеновый шар »требуется всего 12 минут. Кроме того, аккумулятор может поддерживать очень стабильную температуру 60 градусов Цельсия со стабильными температурами аккумулятора, что особенно важно для электромобилей ».
Графеновые шарики смешивают доступный диоксид кремния (SiO2) с массово синтезированным графеном и используют эти шарики, похожие на попкорн, в качестве как защитного слоя анода, так и материалов катода в литий-ионных батареях.Несмотря на увеличенную емкость зарядки, сокращенное время зарядки (всего 12 минут для полной зарядки электромобиля) и стабильную температуру во время всех операций, с 2018 года мы мало что видели от Samsung по этому вопросу.
Неутешительно, поскольку доктор Сон Ин Хёк, который руководил проектом от имени SAIT, возлагал большие надежды на потенциальный результат. «Наши исследования позволяют осуществить массовый синтез многофункционального композитного материала графена по доступной цене. В то же время мы смогли значительно расширить возможности литий-ионных аккумуляторов в условиях, когда рынки мобильных устройств и электромобилей стремительно растут.Наше обязательство состоит в том, чтобы постоянно исследовать и развивать технологию вторичных аккумуляторов в свете этих тенденций ».
SAIT сообщил о своих выводах в статье Nature Communications за 2017 год «Графеновые шары для литиевых аккумуляторных батарей с быстрой зарядкой и высокой объемной плотностью энергии».
Настоящий графен поднимает мяч
Содействуя факторам, которые делают графен отличным материалом для батарей, Real Graphene производит настоящие графеновые батареи.Их Power Banks, карманные зарядные станции для других электронных устройств, бывают мощностью 60 Вт, 5 и 10 ампер-час, а также модели на 10 ампер-час и 100 Вт. Самый маленький, G-Lite Power Bank, может быть полностью заряжен за 17 минут, что намного быстрее, чем два часа, которые требуются для зарядки аналогичного устройства от обычного литий-ионного аккумулятора.
Его можно заряжать 1000 раз, использовать три года, если полностью заряжать и разряжать ежедневно. При цене 59,95 долларов он находится в среднем диапазоне для более обычных литий-ионных аккумуляторов.
Поскольку графен имеет очень низкое сопротивление, при прохождении через него тока происходит небольшое тепловыделение. Это способствует тому, что батареи с усиленным графеном прослужат дольше и не представляют угрозы теплового разгона. У компании есть амбиции перейти к более крупным проектам, включая накопление энергии для электромобилей.
Генеральный директорReal Graphene Самуэль Гонг встретился с президентом Microsoft Брэдом Смитом в библиотеке Никсона в Йорба-Линда, Калифорния. Хотя Real Graphene сдерживает то, что обсуждалось, фирма намекает, что их блоки питания могут использоваться для зарядки устройств Microsoft Surface.Или они могут быть напрямую интегрированы в устройства MS. Корпоративные клиенты позволят Real Graphene ускорить исследования и разработки.
ВызовыПри всех многообещающих характеристиках графена нам остается только гадать, почему он не является широко доступным материалом для интересных приложений. Nanowerk сообщает: «Одна из самых серьезных проблем, стоящих сегодня перед коммерциализацией графена, – это производство высококачественного материала в больших масштабах, с низкими затратами и воспроизводимым способом.”
Очевидно, дефекты качества ухудшают обещанные характеристики. Nanowerk перечисляет: «… наличие дефектов, примесей, границ зерен, множественных доменов, структурных нарушений [и] морщин в листе графена, [которые] могут отрицательно влиять на его электронные и оптические свойства». Использование процесса химического осаждения из паровой фазы (CVD) позволяет получить образцы большого размера, но получение высококачественных и незначительных дефектов затруднено.
Луч света?Что выглядит обнадеживающим знаком для «графеновых» аккумуляторов, «китайский производитель электромобилей Guangzhou Automobile New Energy (GAC) объявил, что он разработал усиленный графеном аккумулятор для [электрических] транспортных средств, который будет доступен для массового производства. в конце этого года.«Объявленное в мае, GAC сообщило, что его графеновая технология может заряжать батареи (если исходить из электромобилей) до 85 процентов за восемь минут.
С 2014 года компания Guangzhou Automobile Group начала это исследование, сосредоточившись на приготовлении и применении трехмерного структурного графенового материала (3DG). GAC официально объявила о выпуске «сверхбыстрой зарядки». С тех пор компания «… успешно завершила испытания образцов аккумуляторных элементов, модулей и аккумуляторных блоков и провела весь автомобиль для испытаний на зарядку высокой мощности.Кроме того, срок службы батареи и безопасность достигли стандартов использования ».
13 мая этого года новое энергетическое подразделение GAC Group объявило, что массовое производство графеновых батарей перейдет от лабораторий к реальным автомобилям, начиная с модельного ряда GAC Aion. «Независимая интеллектуальная собственность» GAC распространяется на разработанные компанией «сверхбыстрые аккумуляторы» на основе 3DG. Аккумуляторы GAC заряжаются до 85 процентов за восемь минут, что сопоставимо с временем заправки обычных транспортных средств, работающих на ископаемом топливе.
Другие сообщения указывают на то, что та же технология графена может быть применена к автомобилям, работающим на водородных топливных элементах. После нескольких фальстартов графен, наконец, может вступить в свои права.
Графеновые алюминиево-ионные аккумуляторы со сверхбыстрой зарядкой – pv magazine International
«Графеновая революция» почти наступила. Австралийские ученые, специализирующиеся на алюминиево-ионных батареях, теперь работают с Graphene Manufacturing Group из Брисбена над коммерциализацией технологии, которая может преобразовать накопление энергии.
Блейк МатичИз журнала pv Australia
Исследователи из Квинслендского университета и Брисбенской производственной группы Graphene Manufacturing Group (GMG) объединяются для разработки более быстрых и экологически безопасных прототипов аккумуляторов с продолжительностью жизни три. раз больше длины существующих литий-ионных батарей.
GMG, которая недавно была зарегистрирована на венчурной бирже TSX в Канаде, достигла соглашения об исследованиях с учеными из Австралийского института биоинженерии и нанотехнологий (AIBN) Университета Квинсленда о создании батарей для чего угодно, от часов до сетевых хранилищ и всего остального. между ними, включая телефоны, ноутбуки и электромобили.
Технология Университета Квинсленда, в которой используется ионно-алюминиевый аккумулятор в паре с графеновыми электродами, была разработана профессором Майклом Ю, Сяоданом Хуангом и докторантом Юэци Конг как способ превратить графен в более эффективные электроды для питания батарей. Технология уже запатентована и лицензирована UniQuest, коммерческой компанией Университета Квинсленда.
Графен – чудо-материал века. Это самый тонкий и прочный материал, известный науке, и, если этого недостаточно, он также является отличным проводником электричества – даже лучше, чем медь.Или, по крайней мере, это было бы чудесным материалом того времени, если бы так называемая «графеновая революция» обещала меньше и принесла больше.
Более десяти лет назад ученые из Манчестерского университета получили Нобелевскую премию по физике благодаря простой ленте, которая оказалась прорывом в извлечении графена из обычного графита.
По сути, графен – это просто старый добрый углерод, но он разбит на мозаику таким образом, чтобы образовалась невероятно прочная связь между атомами.Конечно, как и все, что было многообещающим и шумихой, графеновая революция заняла больше времени, чем ожидалось, но это только потому, что у людей нет особого терпения в отношении того, что им обещали, особенно когда это что-то потенциально повсеместное. как графен.
Тем не менее, Квинслендский университет и GMG – не единственные участники, добившиеся прогресса. В марте ученые из Китайского технологического университета Даляня и Университета Небраски в США совместно создали батарею, состоящую из чистого алюминиевого анода, графенового катода и органического электролита.Батареи описаны в документе «Сверхбыстрая зарядка алюминиево-ионных аккумуляторов: двойные электрические слои на активном аноде», который был недавно опубликован в журнале Nature Communications.
Еще в 2019 году ученые из Королевского технологического института Мельбурна (RMIT) продемонстрировали процесс лазерной печати, который позволяет встраивать графеновые суперконденсаторы непосредственно в ткани, создавая ткань, которая может накапливать энергию, интегрироваться с солнечным элементом и использоваться для питания приложений Smart Fabric.
Графеновые батареи
«Испытания показали, что перезаряжаемые графеновые алюминиево-ионные батареи имеют срок службы до трех раз больше, чем у современных литий-ионных батарей», – сказал директор AIBN профессор Алан Роуэн. «А более высокая удельная мощность означала, что они заряжались до 70 раз быстрее».
AIBN упорно работает над этой технологией в течение нескольких лет, и исследовательская группа рада переходу на стадию разработки коммерческого прототипа, тем более что карты обещают более эффективные и экологичные батареи.
«Батареи можно перезаряжать для большего количества циклов без ухудшения характеристик, и их легче перерабатывать, что снижает вероятность утечки вредных металлов в окружающую среду», – сказал Роуэн.
Генеральный директор UniQuest Дин Мосс сказал, что, по его мнению, алюминиево-ионные батареи с графеновыми электродами «могут изменить существующий рынок аккумуляторных батарей. Литий-ионные батареи требуют извлечения редкоземельных материалов с использованием большого количества воды и обрабатываются химическими веществами, которые потенциально могут нанести вред окружающей среде.
Генеральный директор GMG Крейг Никол соглашается, отмечая, что возможности для рынка накопителей энергии включают далеко идущие преимущества в области безопасности, эффективности и устойчивости. Он указывает на способность алюминиево-ионных аккумуляторов «использовать местное сырье для производства аккумуляторных элементов по конкурентоспособной цене для замены импортных литий-ионных аккумуляторов, это огромная возможность для GMG и Австралии снизить риски цепочки поставок и создать рабочие места на местах».
Ученые Университета Квинсленда получили грант в размере 390 000 австралийских долларов (303 600 долларов США) в течение трех лет в рамках проекта Linkage Project Австралийского исследовательского совета в 2020 году на разработку технологии с ионами алюминия и графена.
Этот контент защищен авторским правом и не может быть использован повторно. Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, свяжитесь с нами: [email protected].
Заряд в секундах, за последние месяцы
(Pocket-lint). Хотя смартфоны, умные дома и даже умные носимые устройства становятся все более совершенными, они все еще ограничены мощностью. Аккумулятор не совершенствовался десятилетиями.Но мы находимся на пороге революции власти.
Крупные технологические и автомобильные компании слишком хорошо осведомлены об ограничениях литий-ионных аккумуляторов. В то время как чипы и операционные системы становятся более эффективными для экономии энергии, мы все еще рассматриваем только один или два дня использования смартфона, прежде чем потребуется подзарядка.
Хотя может пройти некоторое время, прежде чем мы сможем прожить неделю жизни наших телефонов, разработка идет хорошо. Мы собрали все лучшие открытия в области аккумуляторов, которые могут быть с нами в ближайшее время, от беспроводной зарядки до сверхбыстрой 30-секундной подзарядки.Надеюсь, скоро вы увидите эту технологию в своих гаджетах.
Маркус Фолино / Технологический университет ЧалмерсаСтруктурные батареи могут привести к созданию сверхлегких электромобилей
Исследования, проведенные в Технологическом университете Чалмерса, уже много лет рассматривают возможность использования батареи не только для питания, но и в качестве структурного компонента. Преимущество этого предложения заключается в том, что продукт может уменьшить количество структурных компонентов, потому что батарея обладает достаточной силой для выполнения этих задач. Используя углеродное волокно в качестве отрицательного электрода, а в качестве положительного – фосфат лития-железа, последняя батарея имеет жесткость 25 ГПа, хотя есть еще кое-что, чтобы увеличить энергоемкость.
NAWA TechnologiesЭлектрод из углеродных нанотрубок с вертикальной ориентацией
NAWA Technologies разработала и запатентовала сверхбыстрый углеродный электрод, который, по ее словам, изменил правила игры на рынке аккумуляторов. В нем используется конструкция с вертикально расположенными углеродными нанотрубками (VACNT), и NAWA заявляет, что он может увеличить мощность батареи в десять раз, увеличить запас энергии в три раза и увеличить срок службы батареи в пять раз. Компания считает, что электромобили являются основным бенефициаром, сокращая углеродный след и стоимость производства аккумуляторов, одновременно повышая производительность.NAWA заявляет, что дальность действия 1000 км может стать нормой, а время зарядки сокращено до 5 минут, чтобы достичь 80 процентов. Технология может быть запущена в производство уже в 2023 году.
Литий-ионная батарея без кобальта
Исследователи из Техасского университета разработали литий-ионную батарею, в которой в качестве катода не используется кобальт. Вместо этого он переключился на высокий процент никеля (89 процентов), используя марганец и алюминий в качестве других ингредиентов. «Кобальт – наименее распространенный и самый дорогой компонент в катодах аккумуляторных батарей», – сказал профессор Арумугам Мантирам, профессор кафедры машиностроения Уолкера и директор Техасского института материалов.«И мы полностью устраняем это». Команда говорит, что с помощью этого решения они преодолели общие проблемы, обеспечив длительный срок службы батареи и равномерное распределение ионов.
SVOLT представляет батареи для электромобилей, не содержащие кобальт.
Несмотря на то, что свойства электромобилей по снижению выбросов широко распространены, все еще существуют разногласия по поводу аккумуляторов, особенно по поводу использования таких металлов, как кобальт. Компания SVOLT, штаб-квартира которой находится в Чанчжоу, Китай, объявила о производстве безкобальтовых аккумуляторов, предназначенных для рынка электромобилей.Помимо сокращения содержания редкоземельных металлов, компания заявляет, что они обладают более высокой плотностью энергии, что может привести к дальности действия до 800 км (500 миль) для электромобилей, а также продлить срок службы батареи и повысить безопасность. Мы не знаем, где именно мы увидим эти батареи, но компания подтвердила, что работает с крупным европейским производителем.
Тимо Иконен, Университет Восточной ФинляндииНа шаг ближе к литий-ионным батареям с кремниевым анодом
Стремясь решить проблему нестабильного кремния в литий-ионных батареях, исследователи из Университета Восточной Финляндии разработали метод производства гибридного анода. , используя микрочастицы мезопористого кремния и углеродные нанотрубки.В конечном итоге цель состоит в том, чтобы заменить графит в качестве анода в батареях и использовать кремний, емкость которого в десять раз больше. Использование этого гибридного материала улучшает характеристики батареи, в то время как силиконовый материал устойчиво производится из золы шелухи ячменя.
Университет МонашаЛитий-серные аккумуляторы могут превзойти литий-ионные и снизить воздействие на окружающую среду
Исследователи из Университета Монаша разработали литий-серные аккумуляторы, способные питать смартфон в течение 5 дней, превосходя литий-ионные.Исследователи изготовили эту батарею, имеют патенты и интерес производителей. У группы есть финансирование для дальнейших исследований в 2020 году, заявив, что дальнейшие исследования автомобилей и использования сетей будут продолжены.
Утверждается, что новая аккумуляторная технология оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем литий-ионные, и снижает производственные затраты, при этом предлагая потенциал для питания автомобиля на 1000 км (620 миль) или смартфона в течение 5 дней.
Аккумулятор IBM получен из морской воды и превосходит литий-ионный
IBM Research сообщает, что они обнаружили новый химический состав аккумулятора, который не содержит тяжелых металлов, таких как никель и кобальт, и потенциально может превзойти литий-ионные.IBM Research утверждает, что этот химический состав никогда раньше не использовался в комбинации в батареях и что материалы можно извлекать из морской воды.
Производительность батареи многообещающая, при этом IBM Research заявляет, что она может превзойти литий-ионные в ряде различных областей – это дешевле в производстве, она может заряжаться быстрее, чем литий-ионная, и может иметь как более высокую мощность. и плотности энергии. Все это доступно в аккумуляторе с низкой горючестью электролитов.
IBM Research указывает, что эти преимущества сделают ее новую технологию аккумуляторов подходящей для электромобилей, и вместе с Mercedes-Benz, среди прочих, компания работает над превращением этой технологии в жизнеспособную коммерческую батарею.
PanasonicСистема управления батареями Panasonic
Хотя литий-ионные батареи повсюду и их число растет, управление этими батареями, в том числе определение того, когда у них закончился срок службы, затруднено.Panasonic, работая с профессором Масахиро Фукуи из Университета Рицумейкан, разработала новую технологию управления батареями, которая значительно упростит мониторинг батарей и определение остаточной стоимости литий-ионных аккумуляторов в них.
Panasonic заявляет, что ее новую технологию можно легко применить с изменением системы управления батареями, что упростит мониторинг и оценку батарей с несколькими составными ячейками, которые вы можете найти в электромобиле. Panasonic сообщает, что эта система поможет продвинуться в направлении устойчивого развития, поскольку сможет лучше управлять повторным использованием и переработкой литий-ионных батарей.
Асимметричная модуляция температуры
Исследования продемонстрировали метод зарядки, который приближает нас на шаг ближе к сверхбыстрой зарядке – XFC – который направлен на пробег 200 миль электромобиля примерно за 10 минут с зарядкой 400 кВт. Одна из проблем с зарядкой – это литиевая гальваника в батареях, поэтому метод асимметричной температурной модуляции заряжает при более высокой температуре для уменьшения гальваники, но ограничивает это до 10-минутных циклов, избегая роста межфазной границы твердого электролита, что может сократить срок службы батареи.Сообщается, что этот метод снижает деградацию батареи, позволяя заряжать XFC.
Pocket-lintПесочная батарея увеличивает срок службы батареи в три раза
В этом альтернативном типе литий-ионной батареи используется кремний для достижения в три раза большей производительности, чем у современных графитовых литий-ионных батарей. Батарея по-прежнему литий-ионная, как и в вашем смартфоне, но в анодах используется кремний вместо графита.
Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде какое-то время занимались нанокремнием, но он слишком быстро разрушается, и его трудно производить в больших количествах.С помощью песка его можно очистить, измельчить в порошок, затем измельчить с солью и магнием перед нагреванием для удаления кислорода, что приведет к получению чистого кремния. Он пористый и трехмерный, что помогает повысить производительность и, возможно, продлить срок службы батарей. Изначально мы начали это исследование в 2014 году, и теперь оно приносит свои плоды.
Silanano – стартап в области аккумуляторных технологий, который выводит эту технологию на рынок и получил большие инвестиции от таких компаний, как Daimler и BMW. Компания заявляет, что ее решение можно использовать в существующем производстве литий-ионных аккумуляторов, поэтому оно настроено на масштабируемое развертывание, обещая прирост производительности батареи на 20% сейчас или на 40% в ближайшем будущем.
Захват энергии от Wi-Fi
Хотя беспроводная индуктивная зарядка является обычным явлением, возможность захвата энергии от Wi-Fi или других электромагнитных волн остается проблемой. Однако группа исследователей разработала ректенну (антенну, собирающую радиоволны), которая представляет собой всего лишь несколько атомов, что делает ее невероятно гибкой.
Идея состоит в том, что устройства могут включать в себя эту ректенну на основе дисульфида молибдена, чтобы энергия переменного тока могла быть получена от Wi-Fi в воздухе и преобразована в постоянный ток, либо для подзарядки батареи, либо для непосредственного питания устройства.Это может привести к появлению медицинских таблеток с питанием без необходимости во внутренней батарее (более безопасно для пациента) или мобильных устройств, которые не нужно подключать к источнику питания для подзарядки.
Энергия, полученная от владельца устройства
Вы можете стать источником энергии для вашего следующего устройства, если исследования TENG принесут свои плоды. TENG или трибоэлектрический наногенератор – это технология сбора энергии, которая улавливает электрический ток, генерируемый при контакте двух материалов.
Исследовательская группа из Суррейского института передовых технологий и Университета Суррея дала представление о том, как эту технологию можно использовать для работы таких вещей, как носимые устройства. Хотя мы еще далеки от того, чтобы увидеть это в действии, исследование должно дать дизайнерам инструменты, необходимые для эффективного понимания и оптимизации будущей реализации TENG.
Золотые батареи с нанопроволокой
Великие умы Калифорнийского университета в Ирвине создали треснувшие батареи с нанопроволокой, способные выдержать много перезарядок.В результате в будущем батареи могут не разрядиться.
Нанопроволока, которая в тысячу раз тоньше человеческого волоса, открывает большие возможности для батарей будущего. Но они всегда ломались при подзарядке. Это открытие использует золотые нанопроволоки в гелевом электролите, чтобы избежать этого. Фактически, эти батареи были проверены на перезарядку более 200 000 раз за три месяца и не показали вообще никакой деградации.
Твердотельные литий-ионные
Твердотельные батареи традиционно обеспечивают стабильность, но за счет передачи электролита.В статье, опубликованной учеными Toyota, рассказывается об их испытаниях твердотельной батареи, в которой используются сульфидные суперионные проводники. Все это означает превосходный аккумулятор.
В результате получилась батарея, способная работать на уровне суперконденсатора и полностью заряжаться или разряжаться всего за семь минут, что делает ее идеальной для автомобилей. Поскольку он твердотельный, это также означает, что он намного стабильнее и безопаснее, чем нынешние батареи. Твердотельный блок также должен работать при температуре от минус 30 до 100 градусов Цельсия.
Электролитные материалы по-прежнему создают проблемы, поэтому не ожидайте увидеть их в ближайшее время в автомобилях, но это шаг в правильном направлении к более безопасным и быстро заряжаемым аккумуляторам.
Графеновые батареи Grabat
Графеновые батареи потенциально могут быть одними из самых лучших среди имеющихся. Grabat разработал графеновые батареи, которые могут обеспечить электромобилям запас хода до 500 миль без подзарядки.
Graphenano, компания, стоящая за разработкой, заявляет, что аккумуляторы можно полностью зарядить всего за несколько минут и они могут заряжаться и разряжаться в 33 раза быстрее, чем литий-ионные.Разряд также имеет решающее значение для таких вещей, как автомобили, которым требуется огромное количество энергии для быстрого трогания с места.
Нет информации о том, используются ли аккумуляторы Grabat в настоящее время в каких-либо продуктах, но у компании есть аккумуляторы для автомобилей, дронов, мотоциклов и даже для дома.
Лазерные микроконденсаторы
Rice UniveristyУченые из Университета Райса совершили прорыв в создании микроконденсаторов. В настоящее время их производство дорогое, но в них используются лазеры, которые вскоре могут измениться.
При использовании лазеров для выжигания рисунков электродов на листах пластика затраты на производство и усилия значительно снижаются. В результате получается батарея, которая может заряжаться в 50 раз быстрее, чем нынешние батареи, и разряжаться даже медленнее, чем современные суперконденсаторы. Они даже прочные, способны работать после более чем 10 000 сгибаний во время испытаний.
Пенные аккумуляторы
Прието считает, что будущее аккумуляторов – за 3D. Компании удалось решить эту проблему с помощью своей батареи, в которой используется медная вспененная подложка.
Это означает, что эти батареи будут не только более безопасными благодаря отсутствию горючего электролита, но также будут предлагать более длительный срок службы, более быструю зарядку, в пять раз более высокую плотность, будут дешевле в производстве и будут меньше, чем существующие предложения.
Prieto стремится в первую очередь размещать свои батареи в небольших предметах, например, в носимых устройствах. Но в нем говорится, что батареи можно масштабировать, чтобы мы могли видеть их в телефонах и, возможно, даже в автомобилях в будущем.
Carphone WarehouseСкладной аккумулятор похож на бумагу, но прочный
Jenax J.Аккумулятор Flex был разработан, чтобы сделать гаджеты возможными. Батарея, похожая на бумагу, складывается и является водонепроницаемой, что означает, что ее можно интегрировать в одежду и другие носимые устройства.
Батарея уже создана и даже прошла испытания на безопасность, в том числе ее сложили более 200 000 раз без потери производительности.
Ник Билтон / The New York TimesuBeam по воздуху зарядка
uBeam использует ультразвук для передачи электричества. Энергия преобразуется в звуковые волны, неслышимые для людей и животных, которые передаются, а затем снова преобразуются в энергию, достигнув устройства.
С концепцией uBeam наткнулась 25-летняя выпускница астробиологии Мередит Перри. Она основала компанию, которая позволит заряжать гаджеты по воздуху с помощью пластины толщиной 5 мм. Эти передатчики могут быть прикреплены к стенам или превращены в предметы декоративного искусства для передачи энергии на смартфоны и ноутбуки. Гаджетам просто нужен тонкий приемник, чтобы принимать заряд.
StoreDotStoreDot заряжает мобильные телефоны за 30 секунд
StoreDot, стартап, созданный на базе кафедры нанотехнологий Тель-Авивского университета, разработал зарядное устройство StoreDot.Он работает с современными смартфонами и использует биологические полупроводники, сделанные из природных органических соединений, известных как пептиды – короткие цепочки аминокислот, которые являются строительными блоками белков.
В результате получилось зарядное устройство, способное заряжать смартфон за 60 секунд. Батарея состоит из «негорючих органических соединений, заключенных в многослойную защитную структуру, предотвращающую перенапряжение и нагрев», поэтому проблем с ее взрывом быть не должно.
Компания также объявила о планах создать аккумулятор для электромобилей, который заряжается за пять минут и обеспечивает запас хода до 300 миль.
Пока неизвестно, когда аккумуляторы StoreDot будут доступны в глобальном масштабе – мы ожидали, что они появятся в 2017 году, – но когда они появятся, мы ожидаем, что они станут невероятно популярными.
Pocket-lintПрозрачное солнечное зарядное устройство
Alcatel продемонстрировал мобильный телефон с прозрачной солнечной панелью над экраном, которая позволяет пользователям заряжать свой телефон, просто поместив его на солнце.
Хотя вряд ли он появится в продаже в течение некоторого времени, компания надеется, что он каким-то образом решит повседневные проблемы, связанные с постоянным отсутствием заряда батареи.Телефон будет работать как с прямым солнечным светом, так и со стандартным освещением, так же, как и обычные солнечные батареи.
PhienergyАлюминиево-воздушная батарея обеспечивает пробег на 1100 миль без подзарядки
Автомобилю удалось проехать 1100 миль на одном заряде аккумулятора. Секрет этого супердиапазона заключается в технологии батареи, называемой «алюминий-воздух», которая использует кислород из воздуха для заполнения своего катода. Это делает его намного легче, чем литий-ионные аккумуляторы, заполненные жидкостью, что дает автомобилю гораздо больший запас хода.
Бристольская робототехническая лабораторияБатареи с питанием от мочи
Фонд Билла Гейтса финансирует дальнейшие исследования Бристольской робототехнической лаборатории, которая обнаружила батареи, которые могут питаться от мочи. Этого достаточно для зарядки смартфона, который ученые уже продемонстрировали. Но как это работает?
Используя микробный топливный элемент, микроорганизмы берут мочу, расщепляют ее и выделяют электричество.
Звук работает
Исследователи из Великобритании создали телефон, который может заряжаться, используя окружающий звук в атмосфере вокруг него.
Смартфон построен по принципу пьезоэлектрического эффекта. Были созданы наногенераторы, улавливающие окружающий шум и преобразующие его в электрический ток.
Наностержни даже реагируют на человеческий голос, а это значит, что болтливые мобильные пользователи могут подключать свой телефон во время разговора.
Двойная угольная батарея Ryden заряжается в 20 раз быстрее
Power Japan Plus уже анонсировала новую технологию аккумуляторов под названием Ryden dual carbon. Он не только прослужит дольше и будет заряжаться быстрее, чем литиевые, но его можно будет производить на тех же заводах, где производятся литиевые батареи.
В аккумуляторах используются углеродные материалы, что означает, что они более экологичны и безопасны, чем существующие в настоящее время альтернативы. Это также означает, что батареи будут заряжаться в двадцать раз быстрее, чем литий-ионные. Они также будут более долговечными, способными выдержать до 3000 циклов зарядки, а также более безопасными с меньшей вероятностью возгорания или взрыва.
Натрий-ионные аккумуляторы
Ученые из Японии работают над новыми типами аккумуляторов, для которых не нужен литий, таких как аккумулятор вашего смартфона.В этих новых батареях будет использоваться натрий, один из самых распространенных материалов на планете, а не редкий литий, и они будут в семь раз эффективнее обычных батарей.
Исследования натриево-ионных батарей ведутся с восьмидесятых годов в попытке найти более дешевую альтернативу литию. Используя соль, шестой по распространенности элемент на планете, можно сделать батареи намного дешевле. Ожидается, что в ближайшие 5-10 лет начнется коммерциализация аккумуляторов для смартфонов, автомобилей и других устройств.
UppЗарядное устройство для водородных топливных элементов Upp
Переносное зарядное устройство для водородных топливных элементов Upp уже доступно. Он использует водород для питания вашего телефона, не позволяя вам подключаться к электросети и оставаясь экологически чистым.
Одна водородная ячейка обеспечит пять полных зарядов мобильного телефона (емкость 25 Втч на ячейку). И единственный производимый побочный продукт – это водяной пар. Разъем USB типа A означает, что он будет заряжать большинство USB-устройств с выходом 5 В, 5 Вт, 1000 мА.
Аккумуляторы со встроенным огнетушителем
Литий-ионные аккумуляторы нередко перегреваются, загораются и даже взрываются.Аккумулятор в Samsung Galaxy Note 7 – яркий тому пример. Исследователи из Стэнфордского университета придумали литий-ионные батареи со встроенными огнетушителями.
В батарее есть компонент, называемый трифенилфосфатом, который обычно используется в качестве антипирена в электронике, добавленный к пластиковым волокнам, чтобы помочь разделить положительный и отрицательный электроды. Если температура батареи поднимается выше 150 градусов C, пластмассовые волокна плавятся и выделяется трифенилфосфат.Исследования показывают, что этот новый метод может предотвратить возгорание аккумуляторов за 0,4 секунды.
Майк ЦиммерманБатареи, защищенные от взрыва
Литий-ионные батареи имеют довольно летучий слой пористого материала жидкого электролита, расположенный между анодным и катодным слоями. Майк Циммерман, исследователь из Университета Тафтса в Массачусетсе, разработал батарею, которая имеет вдвое большую емкость, чем литий-ионные, но без присущих ей опасностей.
Батарея Циммермана невероятно тонкая, немного толще, чем две кредитные карты, и заменяет жидкость электролита пластиковой пленкой, которая имеет аналогичные свойства.Он может выдерживать прокалывание, измельчение и нагревание, так как он негорючий. Еще предстоит провести много исследований, прежде чем технология сможет выйти на рынок, но хорошо знать, что существуют более безопасные варианты.
Батареи Liquid Flow
Ученые из Гарварда разработали батарею, которая накапливает свою энергию в органических молекулах, растворенных в воде с нейтральным pH. Исследователи говорят, что этот новый метод позволит батарее Flow работать исключительно долго по сравнению с нынешними литий-ионными батареями.
Маловероятно, что мы увидим эту технологию в смартфонах и т.п., поскольку жидкий раствор, связанный с батареями Flow, хранится в больших резервуарах, чем больше, тем лучше. Считается, что они могут быть идеальным способом хранения энергии, создаваемой решениями в области возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнце.
Действительно, исследование Стэнфордского университета использовало жидкий металл в проточной батарее с потенциально отличными результатами, заявляя, что напряжение вдвое выше, чем у обычных проточных батарей. Команда предположила, что это может быть отличным способом хранения прерывистых источников энергии, таких как ветер или солнце, для быстрого выпуска в сеть по запросу.
IBM и ETH Zurich разработали жидкостную проточную батарею гораздо меньшего размера, которая потенциально может быть использована в мобильных устройствах. Эта новая батарея утверждает, что может не только обеспечивать питание компонентов, но и одновременно охлаждать их. Обе компании обнаружили две жидкости, которые подходят для этой задачи, и будут использоваться в системе, которая может производить 1,4 Вт мощности на квадратный сантиметр, при этом 1 Вт мощности зарезервирован для питания батареи.
Zap & Go Карбон-ионный аккумулятор
Оксфордская компания ZapGo разработала и произвела первую угольно-ионную аккумуляторную батарею, готовую к использованию уже сейчас.Углеродно-ионный аккумулятор сочетает в себе сверхбыструю зарядку суперконденсатора с характеристиками литий-ионного аккумулятора, при этом полностью пригодный для вторичной переработки.
Компания предлагает зарядное устройство powerbank, которое полностью заряжается за пять минут, а затем полностью заряжает смартфон за два часа.
Воздушно-цинковые батареи
Ученые из Сиднейского университета считают, что они придумали способ производства воздушно-цинковых батарей, который намного дешевле, чем существующие методы.Цинково-воздушные батареи можно считать лучше литий-ионных, потому что они не загораются. Единственная проблема в том, что они полагаются на дорогие компоненты в работе.
Sydney Uni удалось создать воздушно-цинковую батарею без необходимости использования дорогих компонентов, а скорее с некоторыми более дешевыми альтернативами. Возможно, появятся более безопасные и дешевые батареи!
Умная одежда
Исследователи из Университета Суррея разрабатывают способ использования одежды в качестве источника энергии.Батарея называется трибоэлектрическими наногенераторами (TENG), которая преобразует движение в накопленную энергию. Накопленное электричество затем можно использовать для питания мобильных телефонов или устройств, таких как фитнес-трекеры Fitbit.
Эта технология может быть применена не только к одежде, она может быть интегрирована в тротуар, поэтому, когда люди постоянно ходят по ней, она может накапливать электричество, которое затем может использоваться для питания стальных ламп или в шинах автомобиля, чтобы он может привести машину в действие.
Растягиваемые батареи
Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали растяжимый биотопливный элемент, который может генерировать электричество из пота.Говорят, что генерируемой энергии достаточно для питания светодиодов и радиомодулей Bluetooth, а это означает, что однажды она сможет питать носимые устройства, такие как умные часы и фитнес-трекеры.
Графеновая батарея Samsung
Samsung удалось разработать «графеновые шары», которые способны увеличивать емкость существующих литий-ионных батарей на 45 процентов и заряжаться в пять раз быстрее, чем существующие батареи. Чтобы представить это в контексте, Samsung заявляет, что его новый аккумулятор на основе графена может быть полностью заряжен за 12 минут, по сравнению с примерно часом для текущего устройства.
Samsung также заявляет, что его можно использовать не только в смартфонах, но и в электромобилях, поскольку он может выдерживать температуру до 60 градусов по Цельсию.
Более безопасная и быстрая зарядка существующих литий-ионных аккумуляторов
Ученые из WMG из Университета Уорика разработали новую технологию, которая позволяет заряжать существующие литий-ионные аккумуляторы до пяти раз быстрее, чем рекомендуемые текущие пределы. Технология постоянно измеряет температуру батареи намного точнее, чем существующие методы.
Ученые обнаружили, что нынешние батареи действительно могут выходить за пределы рекомендуемых пределов, не влияя на производительность или перегрев. Возможно, нам вообще не нужны другие упомянутые новые батареи!
Написано Крисом Холлом. Первоначально опубликовано .
Графеновые батареи
Графен доказал свою полезность для различных типов батарей – проточных окислительно-восстановительных, металл-воздух, литий-сера, литий-металлических и, что более важно, литий-ионных батарей.Поскольку графен может быть химически переработан в различные формы, подходящие как для положительных, так и для отрицательных электродов, это позволяет изготавливать полностью графеновые батареи со сверхвысокой плотностью энергии.
Морфология воздушного электрода на основе графена. а, б – СЭМ-изображения готовых листов функционализированного графена (FGS) (углерод / кислород (C / O) = 14) воздушных электродов при разном увеличении. c, d) Разряженный воздушный электрод с использованием FGS с C / O = 14 и C / O = 100 соответственно. (© Американское химическое общество)
Тем не менее, существует большая проблема: хотя ученые продемонстрировали батареи на основе графена с характеристиками, намного превышающими характеристики коммерчески доступных батарей, отсутствие осуществимых методов массового производства высококачественного графена ограничивает их потенциал для практического использования, например в мобильных потребительских устройствах.
Еще одна проблема, препятствующая массовому производству, – это стоимость. Оценки стоимости производства графена варьируются в зависимости от качества материала от десятков до тысяч долларов за килограмм, но он по-прежнему не может конкурировать с современными материалами. Например, очень низкая стоимость активированного угля, используемого в настоящее время в суперконденсаторах (10-15 долларов США за килограмм), представляет собой сложный барьер для проникновения других материалов.
Тем не менее, эти проблемы будут преодолены, и вскоре графен может создать новое поколение устройств хранения энергии с 12 новыми функциями, которые невозможны при использовании нынешних технологий, как кратко излагается ниже (источник):Суперконденсаторы с фильтрацией линии переменного тока
