Их придумали почти случайно. Рассказываем про те самые натриево-графеновые батареи
Вскоре сможем перевести электротранспорт с дорогих литиевых батарей на более мощные, емкие и дешевые отечественные – натриево-графеновые. Самокат, работающий на первом в мире таком аккумуляторе, демонстрировали его создатели на выставке “Беларусь интеллектуальная”. Как наша страна оказалась впереди всех и какие выгоды принесет человечеству белорусское ноу-хау?
Нужно было просто размешать раствор
Отечественные ученые открыли новую эру в мировой электронике, можно сказать, случайно. Об этом мы узнали, придя в НПЦ НАН Беларуси по материаловедению, где в декабре 2022 года появилась первая на планете натриево-графеновая батарея.
– Однажды один из наших химиков решил разболтать раствор в колбе, – рассказал генеральный директор НПЦ доктор наук Валерий Федосюк. – А так как стеклянной палочки рядом не оказалось, взял графитовую. И палочка размером с карандаш в растворе в мгновение ока выросла в графеновый «ерш» величиной в колбу!
Так был открыт новый, быстрый и дешевый способ получения графена – двухмерного материала, до сих пор долго и трудно производимого.
И мир сделал важный шаг к созданию натриево-графеновых батарей. На таких аккумуляторах, в основе которых графен, натрий и аммиак, будут производить всю электронику будущего, как и самую топовую группу – электротранспорт.
– Наши первые экспериментальные прототипы батарей уже сопоставимы с литиевыми. А теоретически они после доработки и отработки технологии должны быть в 2,5–3 раза более емкими и мощными, чем литиевые, – говорит Валерий Федосюк, показывая возможности самоката, работающего на новой “силе”.
Почему так важно заменить литиевые батареи на натриево-графеновые?
– Дело в том, что литий – материал дорогой. Добывается он в восьми странах (Чили, Австралии, Аргентине, Китае, США, Зимбабве, Бразилии, Португалии), и его запасы ограничены, – поясняет Валерий Федосюк и уточняет, где будем брать натрий, графит и другие вещества. – Натрий – хоть в нашей стране у ОАО “Беларуськалий”. Правда, его выделение из соли – технология не из простых и дешевых, но ее давно освоили россияне.
Графит также имеется в избытке в подземных кладовых Российской Федерации. Из него и будем получать графен. Потребуется еще и аммиак, а он продукт многих белорусских производств. Аналогично и с другими материалами.
Генеральный директор НПЦ Валерий Федосюк
Все начинается с небольших партий
– Сейчас важно запустить мелкосерийное производство таких батарей, – считает генеральный директор НПЦ по материаловедению. – Его намерены организовать в стенах нашего института. Мелкая серия требуется для отработки технологий и изучения возможностей новых батарей. Начнем с небольших партий – к ключам для автомобилей. Продолжим линейку для самокатов. Потом приступим к созданию более мощных – для мотоциклов. Настанет очередь электромобилей, электробусов, грузовиков разной мощности и грузоподъемности…
В ходе исследований предстоит узнать, как покажут себя новые батареи, сколько способны “поднять” циклов зарядки и перезарядки.
– Мы должны ответить на все вопросы, в том числе такой: как на аккумуляторы действуют температуры – низкие и высокие? Только после испытания десятков таких самокатов, автомобилей и других устройств можно будет приступать к созданию промышленного производства.
Пока литиевые аккумуляторные батареи – это самый современный и востребованный автономный источник питания. Не исключено, что их место займут натриево-графеновые. Тогда и сам Илон Маск встанет в очередь за разработкой белорусских ученых, потому как захочет сделать более мощными и дешевыми свои Tesla.
Подключатся российские инвесторы
С графеном и близкой транспортной тематикой – созданием суперконденсаторов для автомобильной техники (погрузчиков “БелАЗ”) – НПЦ по материаловедению уже приходилось работать.
– Как-то к нам пришел директор ОАО “БелАЗ” Герой Беларуси Павел Мариев и спросил: “Сможете сделать суперконденсатор для наших погрузчиков?”. Мы не испугались: “А давайте!”. И создали суперконденсатор на графене! Но дело закончилось опытными образцами: пока выделили деньги на разработку, БелАЗ перестал выпускать такие погрузчики.
Ученые уверены, что сейчас все будет по-другому. Шлифуя промышленную технологию, они уже прорабатывают возможность установления партнерских связей с рядом предприятий Минпрома.
Притом не только белорусскими, но и российскими.
– Потребуется целая цепочка химических производств, которые есть в России и Беларуси, – уточняет Валерий Михайлович. Он уверен, что к промышленной реализации проекта подключатся и российские инвесторы. Ведь в создании и использовании натриево-графеновых батарей заинтересованы обе страны Союзного государства!
Старший научный сотрудник НПЦ Татьяна Зубарь
Защитные экраны на “БепиКоломбо” – белорусские
Космическая тематика – еще одно направление, в котором проявило себя НПЦ по материаловедению. В частности, разработки лаборатории физики магнитных пленок, которой руководит доктор физико-математических наук Валерий Федосюк, давно и успешно используются как на околоземной орбите, так в дальних уголках Солнечной системы.
Например, защитные экраны, произведенные НПЦ, установлены на спутнике “БепиКоломбо”, запущенном на Меркурий исследовательской миссией Японии и Евросоюза. О том, что спутник вот-вот примеркурится, как бортовую технику спутника-малыша уберегают белорусские экраны от вспышек на Солнце, нам рассказала старший научный сотрудник НПЦ Татьяна Зубарь.
Особенности этого процесса можно посмотреть на страничке “БепиКоломбо” в Твиттере.
Нужно сказать, что руководитель НПЦ по материаловедению Валерий Федосюк, ставший доктором наук до 40 лет, поддерживает многие начинания молодых ученых, которые проявляют себя активно и дома, и на международной арене. Например, за разработку систем защиты (экранов) нового поколения датчиков от космического излучения стал недавно лауреатом Премии Союзного государства Алексей Труханов – теперь заместитель генерального директора НПЦ, кстати, ставший доктором наук в 35 лет. Такие экраны работают на околоземной орбите на российских и белорусском спутниках.
Старший научный сотрудник НПЦ Дарья Тишкевич
Белорусские изумруды не отличить от африканских
Дорогу к НПЦ по материаловедению знают и ценители одного из самых популярных в мире драгоценных камней – изумрудов. Здесь любимый камень хозяйки Медной горы и актрисы Анджелины Джоли выращивают в лабораторных условиях из берилла (сырья типа глины).
– Ювелиры известных домов мира не могут отличить белорусские изумруды от тех, которые добывают, например, в копях Африки, – утверждает старший научный сотрудник Дарья Тишкевич. – Мы их продаем как дома, так и в Израиль, страны Евросоюза и другие государства.
Еще в НПЦ выращивают алмазы. Правда, преимущественно для производства режущего инструмента, который используется на многих заводах Минпрома. Но востребованы это чудо-камни и для создания украшений.
– Выращиваем не только классические алмазы – прозрачные, но и синеватые, зеленоватые и редкие – розовые! – уточняет Дарья Тишкевич.
Кстати, в сережках с драгоценными камнями, выращенными в лабораториях НПЦ, щеголяют многие очаровательные сотрудницы НПЦ НАН Беларуси по материаловедению. Деньги, которые они здесь зарабатывают, позволяют не экономить на красоте.
| Тамара МАРКИНА, газета “7 дней”, фото Павла ОРЛОВСКОГО.
ПЕРЕПЕЧАТКА ДАННОГО МАТЕРИАЛА (ПОЛНОСТЬЮ ИЛИ ЧАСТИЧНО) ИЛИ ИНОЕ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗАПРЕЩЕНЫ
Читайте также:
“Умная” трость может позвать помощь и напомнить о таблетках.
Кто придумал девайс?
Что из себя представляет космическая программа “Комплекс-СГ” и что она даст Беларуси?
Вы знали, что могут белорусские беспилотники? Побывали на производстве “птичек”
Что такое графеновая батарея? | New-Science.ru
Технология аккумуляторов в наши дни значительно улучшилась. Но если есть одна вещь, которую люди никогда не смогут получить достаточно, так это обещание длительного срока службы аккумулятора. Разве не было бы здорово, если бы наши ноутбуки и смартфоны продержались целую неделю в интенсивном режиме с одной зарядкой? Или что, если бы электромобили могли быть полностью заряжены за несколько минут?
С графеновыми батареями это все возможно.
Графен в настоящее время является наиболее изученным материалом для хранения заряда. Результаты, полученные в различных лабораториях по всему миру, подтверждают его потенциал, чтобы произвести революцию в отрасли хранения энергии.
Обнаруженный в 2004 году, графен может представить много новых возможностей для устройств хранения энергии в следующем десятилетии, таких как полностью вращающиеся батареи, меньшие по размеру конденсаторы, устройства высокой емкости и быстрой зарядки, а также прозрачные батареи.
Давайте копнем глубже и узнаем больше об этой революционной технологии: чем она отличается от существующих литий-ионных аккумуляторов, каковы ее области применения и почему это так важно.
Что такое графеновая батарея?
Графен, состоящий из атомов углерода, образующих двумерную кристаллическую решётку, признан “чудо-материалом” благодаря своим уникальным свойствам. Это отличный проводник тепла и электричества, впечатляюще гибкий, почти прозрачный, в 100 раз прочнее стали той же толщины и чрезвычайно легкий.
А поскольку материал также экологичен и устойчив, он обладает неограниченными возможностями в широком спектре применений. Одним из таких многообещающих применений является батарея следующего поколения.
Графен может быть интегрирован в различные типы батарей: металл-воздушные, окислительно-восстановительные, литий-металлические, литий-серные и, что более важно, литий-ионные батареи. Он может быть химически обработан в различных вариантах, подходящих как для отрицательных, так и для положительных электродов.
Батареи, сделанные из графена, могут питать все, от карманных устройств до электромобилей. Они обладают большей мощностью и имеют более длительный срок службы, чем существующие коммерческие (литий-ионные) батареи.
Графен как аккумулятор может также использоваться в качестве суперконденсатора, который может заряжаться и разряжаться невероятно быстро. На самом деле, они могут помочь цивилизации наконец-то отойти от вредных ископаемых видов топлива.
Чем они отличаются от традиционных батарей?
Технология графеновых аккумуляторов аналогична литий-ионным аккумуляторам: у них есть два твердых электрода и раствор электролита, обеспечивающий поток ионов. Однако некоторые графеновые батареи содержат твердый электролит.
Основное различие заключается в составных частях одного или обоих электродов. В обычной батарее катод (положительный электрод) полностью изготовлен из твердотельных материалов. Однако в графеновой батарее катод состоит из гибридного компонента, который содержит графен и твердотельный металлический материал.
Количество графена, используемого в электроде, варьируется в зависимости от эффективности твердотельного материала и требований к характеристикам. Кроме того, графен, как анод, обеспечивает высокую емкость и превосходную производительность.
Текущие проблемы
В последние годы исследователи продемонстрировали различные батареи на основе графена, которые превосходят имеющиеся в продаже. Однако эта технология еще не вышла на рынок. Еще предстоит преодолеть два серьезных препятствия:
- Отсутствие эффективных процессов получения качественного графена в больших количествах.
- Себестоимость производства на данный момент непомерно высока.
Производство одного килограмма графена стоит десятки тысяч долларов: количество варьируется в зависимости от требований к качеству материалов. Поскольку активированный уголь, который в настоящее время используется в суперконденсаторах, доступен по низкой цене (15 долларов за кг), другим материалам очень трудно выйти на коммерческий рынок.
12 новых характеристик графеновых батарей
Вскоре из графена можно будет создать устройства хранения энергии нового поколения с необычными характеристиками, которые невозможны с помощью современных технологий.
1. суперконденсаторы с линейной фильтрацией переменного тока
Электрический двухслойный конденсатор на основе вертикально ориентированных листов графена мог заряжаться / разряжаться очень быстро (менее чем за миллисекунду). Десятки материалов были протестированы для фильтрации линии переменного тока, в том числе оксид графена, ковер графен-УНТ (углеродная нанотрубка) и квантовые точки графена.
Такие сверхбыстрые суперконденсаторы могут заменить большие электролитические конденсаторы, которые в настоящее время используются в электронике, делая электронные устройства легче и меньше.
2. Гибкие накопители энергии
Существующие батареи и суперконденсаторы являются жесткими: таким образом, их изгиб может привести к утечке электролита и повреждению элементов.
Однако графен с его двумерной структурой толщиной в один атом может деформироваться в направлении, нормальном к его поверхности, не вызывая никаких повреждений.
Помимо присущей ему механической гибкости, феноменальные электрические характеристики и большая площадь поверхности делают графен перспективным материалом для гибких батарей.
3. Растягивающиеся батареи и суперконденсаторы
Растяжимые устройства накопления энергии могут быть созданы за счет использования структурной растяжимости электродов из микрочастиц из композита графена-УНТ / активного материала и физически сшитого гелевого электролита.
Пленка графен-УНТ / активный материал на растягиваемой подложкеАктивные материалы, соединенные через спутанные углеродные нанотрубки и графеновые листы, обеспечивают механически устойчивый пористый сетевой каркас, а внутренний выступающий каркас в сотовой структуре позволяет осуществлять структурное растяжение при деформации.
4. Литий-ионные аккумуляторы с быстрой зарядкой
Поскольку графен обеспечивает более быстрый перенос ионов и электронов в электродах, литий-ионные батареи, оснащенные графеном, можно заряжать и разряжать гораздо быстрее.
Например, литий-ионный аккумулятор с наноразмерным катодом из LiFePO 4 и анодом из Li 4 Ti 5 O 12 на гибкой графеновой пене может быть полностью заряжен всего за 18 секунд. Чистый графен также можно использовать на аноде для увеличения емкости и сверхбыстрой скорости заряда/разряда.
5. Аккумуляторы для носимых устройств
Последние достижения в области коаксиальных электродов и электродов с сердечником и оболочкой сделали возможным объединение электродного материала и токосъемника в единую пряжу, которую можно ткать или связывать непосредственно в текстиль.
Графен может быть эффективно собран в многофункциональные микроволокна и вплетен в ткани. Микроволокна с графеновым сердечником и оболочкой уже использовались для демонстрации гибких и растяжимых суперконденсаторов (с высокой поверхностной емкостью), которые можно встраивать в текстиль с использованием традиционных методов ткачества.
6. Ультратонкие токоприемники для легких устройств
В существующих батареях используются токосъемники из металлической фольги (например, из меди, алюминия или никеля) толщиной 20-80 микрометров для облегчения потока электронов между электродами и внешними цепями.
Поскольку эти металлы не накапливают заряд, они снижают общую плотность энергии батареи. Кроме того, они подвержены коррозии, что отрицательно сказывается на внутреннем сопротивлении элемента и сроке службы батареи.
С другой стороны, графен – лучший альтернативный токоприемник. Он имеет высокую электропроводность, низкую плотность и может стабильно работать в экстремальных условиях эксплуатации. Графен может быть легко преобразован в пленки с рябью и морщинами на его поверхности, что приводит к лучшему электрическому контакту с активными материалами (это дополнительно снижает сопротивление ячейки).
Графен легко трансформируется в пленки с волнами и складками на поверхности, что приводит к лучшему электрическому контакту с активными материалами (это еще больше снижает сопротивление ячейки).
7. Прозрачные батареи и суперконденсаторы
Благодаря своей высокой проводимости и приличной прозрачности (коэффициент пропускания до 97,7%) графен может сыграть значительную роль в повышении эффективности прозрачных батарей.
Его можно использовать в качестве электродного материала не только для разработки прозрачных накопителей энергии, но и для умных окон, солнечных элементов и различного оптоэлектронного оборудования.
8. Батареи с увеличенным сроком службы
В современных литий-ионных батареях используются графитовые аноды. Его плотность энергии можно увеличить, заменив графит графеном.
Графеновые электроды в виде свернутой графеновой бумаги, пористых графеновых пленок и каркасов из сольватированного графена обладают в три раза большей емкостью, чем традиционные графитовые электроды, обещая более длительный диапазон для электромобилей и более длительное время работы для портативных устройств.
Емкость и плотность мощности могут быть дополнительно улучшены путем легирования графеновых анодов азотом и бором.
9. Оксид графена в качестве твердого электролита и сепаратора
Оксид графена – хороший электронный изолятор. Его можно использовать одновременно как надежный твердый электролит и как разделитель электродов.
Некоторые исследования показывают, что пленка оксида графена, действующая как твердый электролит, обладает высокой емкостью, но с незаметной ионной диффузией, как в диэлектрических конденсаторах.
Эти наблюдения могут помочь исследователям разработать сверхбыстрые, легкие, энергоемкие конденсаторы, которые не страдают от диффузии ионов, что часто является причиной опасности утечки электролита.
10. Суперконденсаторы с удельной энергией батарей
Суперконденсаторы, изготовленные из [пористой и плотной] графеновой пены, как правило, имеют сверхвысокую плотность энергии, сравнимую со свинцово-кислотными батареями. Эти графеновые пены создаются путем созданием крошечных отверстий в базальных плоскостях графена и последующего их сжатия с помощью современного гидравлического оборудования.
Основное преимущество графеновых суперконденсаторов по сравнению с традиционными заключается в том, что они работают с водными электролитами и могут изготавливаться без сложной сборки в “сухом помещении”.
11. Полупроницаемые мембраны из оксида графена
Оксидные мембраны графена обладают различными уникальными барьерными свойствами. В сухом состоянии эти мембраны непроницаемы для всего, за исключением водяного пара. В воде они ведут себя как молекулярные сита, блокируя крупные ионы и облегчая перенос более мелких.
Эти особенности могут привести к разработке ионоселективных мембран нового поколения для суперконденсаторов, батарей и топливных элементов.
12. Электроды без связующих и добавок
Связующее и добавки вместе составляют до 40% массы электрода. Он известен как “мертвая масса”, потому что он не накапливает заряд и, таким образом, снижает общую плотность энергии.
Но поскольку графен может быть собран в автономные 2D- и 3D-структуры с высокой электропроводностью, можно напрямую включать графен в электроды без добавления каких-либо связующих и проводящих агентов.
Последние исследования
В последнее десятилетие ученые сосредоточились на улучшении комплексных электрохимических характеристик и надежности существующих батарей.
Они разработали и протестировали множество различных вариантов батарей, оснащенных графеновыми композитными материалами.
Литий-ионный аккумулятор на основе оптимизированных нанокомпозитов графен/кремний
Исследователи изготовили оптимизированный восстановленный графеноксидный/кремниевый композит, используя простой шаблонный метод самосборки. Графен равномерно поддерживает наночастицы кремния, образуя трехмерную сеть (за счет усиленного межмолекулярного взаимодействия и увеличенной удельной поверхности).
Синтетическая стратегия оптимизированного композита RGO / SiЕго можно использовать в качестве стабильного межфазного слоя из твердого электролита, который увеличивает как электрическую проводимость, так и структурную стабильность.
Графеновые многослойные пленки для емкостного накопления энергии
В 2020 году группа исследователей разработала автономный пленочный электрод из слоистого графена с высокоэффективным использованием пор.
Настроить пористость легко, отрегулировав расстояние между слоями пленки. Поскольку поры используются оптимально, объемная емкость максимальна.
Этот тип суперконденсаторов может сохранять 97,8% своей энергоемкости после 5000 циклов. Они также очень гибкие: при изгибе на 180 градусов они работают почти так же, как и в горизонтальном положении.
Рынок
Исследования графена продолжат расширяться в течение следующего десятилетия, обещая сделать жизнь людей лучше. В 2019 году мировой рынок графеновых батарей оценивался в 49 миллионов долларов, и, по прогнозам, к 2027 году он достигнет примерно 399 миллионов долларов, что означает CAGR (совокупный годовой темп роста) более 31% в течение прогнозируемого периода.
Рост рынка обусловлен использованием графеновых батарей в электромобилях, портативных электронных устройствах и резким увеличением использования нетрадиционных источников энергии.
Ожидается, что автомобильный сегмент будет иметь самые высокие темпы роста из-за растущего спроса на электромобили из-за экологических проблем.
Согласно прогнозам, на Азиатско-Тихоокеанский регион будет приходиться самая большая доля индустрии графеновых батарей. Ключевыми странами, способствующими увеличению спроса, являются Китай, Япония и Южная Корея. Европа, вероятно, будет занимать вторую по величине долю на мировом рынке графеновых батарей.
Основные новости о прогрессе графеновых батарей
Использование графена для повышения производительности устройств хранения энергии было в центре внимания с тех пор, как был выделен двумерный материал. Как только были созданы первые коммерческие производители графена, последовал постоянный поток объявлений, связанных с батареями, но, возможно, ни одно из них не было столь значительным, как новость 2023 года о том, что Evonik выходит на рынок с их инвестициями в SuperC.
Графен предлагался и использовался для множества целей в приложениях по хранению энергии, от свинцово-кислотных аккумуляторов до суперконденсаторов, но настоящей целью являются литий-ионные аккумуляторы.
Этот рынок находится на подъеме; IDTechEx прогнозирует, что к 2033 году рынок литий-ионных аккумуляторов превысит 430 миллиардов долларов США, поэтому даже получение очень небольшого кусочка этого пирога имеет большое значение. На рынке есть несколько приложений, от электроинструментов до бытовых установок, но, конечно, львиная доля будет использоваться в автомобильной сфере. Роль графена в батарее снова была разнообразной; компании предложили использовать его в качестве покрытия для токосъемника или в качестве проводящей сети для альтернативных решений, таких как литий-сера. Однако преобладающей областью является роль, которую он может играть либо в создании кремниевых анодов, либо в улучшении характеристик литий-ионных электродов генерации тока.
IDTechEx уже более десяти лет работает как с графеном, так и с накопителями энергии. Их ведущие независимые отчеты по этой теме включают в себя профили игроков, основанные на интервью, рыночные прогнозы и сравнительные исследования.
Для получения дополнительной информации см. «Оценка рынка графена и 2D-материалов на 2023–2033 годы».
В феврале 2023 года Evonik объявила об инвестициях в китайского производителя графена SuperC. Эти инвестиции поступают из их фонда Sustainability Tech Fund, запущенного в 2022 году, с общим объемом инвестиций 150 млн евро. В пресс-релизе говорится, что технология SuperC может «улучшить запас хода, надежность, скорость зарядки и срок службы литий-ионных аккумуляторов». Далее отмечается, что «добавление графена увеличивает электрическую и тепловую проводимость батарей для более быстрой зарядки и повышения общей производительности. Батареи также становятся менее чувствительными к температуре».
SuperC долгое время был игроком на рынке графена, и в то время, когда некоторые другие ранние производители закрылись, это долгожданный импульс для отрасли. Компания была основана в 2011 году (также известная как Hefei Haizhou New Material Co) в Дунгуане, Китай, и всегда уделяла особое внимание хранению энергии.
Они производят малослойный графен (FLG), и ранее сообщалось, что они установили мощность 10 000 тонн в год для электродных паст для графеновых батарей. Далее в пресс-релизе отмечается, что компания откроет новое производственное предприятие в Хэфэй.
Местоположение также важно как с точки зрения цепочки поставок графена, так и с точки зрения клиентов. Китайские научно-исследовательские институты и коммерческие компании занимают видное место в области графена, имея заметную долю в мировом потенциале и преобладающее количество зарегистрированных патентов. Ключевым рынком сбыта графена является его использование в качестве теплораспределителей в смартфонах, на котором лидируют китайские производители, снабжающие местную промышленность бытовой электроники. Точно так же Китай, и в частности Хэфэй, является основным местом производства аккумуляторов, что обеспечивает ключевое стратегическое преимущество для SuperC. Evonik, со своей стороны, проявляет все большую активность в области производства аккумуляторов, и было замечено несколько рыночных запусков; эти инвестиции строятся только на этом направлении.
Это не единственный заголовок графеновой батареи. В 2022 году VoltaXplore (совместное предприятие NanoXplore и Martinrea в соотношении 50/50) ввела в эксплуатацию демонстрационный объект, а совсем недавно Nanotech Energy объявила в 2023 году о планах строительства гигафабрики стоимостью 1 миллиард фунтов стерлингов в Великобритании. И то, и другое, безусловно, заслуживает внимания, но сочетание крупной химической компании с ведущим производителем графена в ключевом географическом положении и с продемонстрированными возможностями и отношениями с литий-ионными батареями может иметь очень важное значение.
IDTechEx отмечает, что, несмотря на всю шумиху, графен — это лишь одно из решений. Он остается на относительно ранней стадии принятия, в отличие от своих более старых братьев MWCNT, которые претерпевают значительные коммерческие расширения, такие как последнее объявление о том, что CATL будет использовать диспергированный продукт CNT Toyocolor и расширения LG Chem (см.
отчет). Существуют значительные ноу-хау как в области диспергирования, так и в оптимизации загрузки и соответствующих свойств в сочетании с другими проводящими добавками. Цена на графен, конечно, будет важным фактором, но в отличие от других рынков, на которые ориентирован графен (например, переработанный пластик), добавленная стоимость и соответствующая маржа в области хранения энергии более привлекательны. Что касается аккумуляторов следующего поколения, существует множество исключительно хорошо финансируемых жизнеспособных решений как для кремниевых анодов, так и для твердотельных аккумуляторов. Конкуренция жесткая, учитывая размер приза для победителя.
Для получения дополнительной информации см. ведущий независимый рыночный отчет на тему: «Оценка рынка графена и 2D-материалов, 2023–2033».
2033 Доход от графенового материала по конечному применению. Источник: IDTechEx — « Оценка рынка графена и 2D-материалов за 2023–2033 годы »
Для получения дополнительной информации об исследованиях IDTechEx в области накопления энергии посетите сайт www.
IDTechEx.com/Research/ES. Примеры страниц доступны для всех отчетов IDTechEx.
Правда о графеновых батареях
Введение:
В последние годы было много шумихи вокруг графеновых батарей, утверждавших, что они быстрее, безопаснее и долговечнее, чем традиционные литий-ионные батареи. Тем не менее, есть много скептицизма и беспокойства по поводу этой технологии, а некоторые эксперты называют ее ложным предположением. В этой статье мы рассмотрим правду о графеновых батареях, рассмотрим преимущества, недостатки и текущее состояние технологии.
Преимущества графеновых батарей:
Графен представляет собой двумерный материал, состоящий из атомов углерода, расположенных в гексагональной решетке, что придает ему уникальные свойства, которые делают его привлекательным материалом для компонентов батарей, таких как электроды, токосъемники и сепараторы. Графеновые батареи имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными литий-ионными батареями, в том числе:
Более быстрое время зарядки: графеновые батареи могут заряжаться намного быстрее, чем литий-ионные батареи, при этом некоторые прототипы утверждают, что заряжаются в 60 раз быстрее.
Более длительный срок службы: Графеновые батареи могут работать намного дольше, чем традиционные батареи, а некоторые прототипы утверждают, что срок службы в пять раз превышает срок службы литий-ионных батарей. Это связано с тем, что графеновый материал очень стабилен и не разлагается так быстро, как другие материалы для аккумуляторов.
Более высокая плотность энергии: Графеновые батареи имеют более высокую плотность энергии, чем традиционные батареи, а это означает, что они могут хранить больше энергии в том же объеме. Это делает их идеальными для приложений, где пространство и вес имеют решающее значение, таких как портативная электроника и электромобили.
Повышенная безопасность: графеновые батареи менее подвержены перегреву и тепловому выходу из строя, чем традиционные батареи, что снижает риск возгорания и взрыва.
Это связано с тем, что графеновый материал обладает высокой проводимостью и может более эффективно рассеивать тепло, снижая риск теплового разгона.
Недостатки графеновых батарей:
Несмотря на потенциальные преимущества графеновых батарей, следует учитывать и некоторые существенные недостатки, в том числе:
Стоимость: Графен — дорогой материал, и стоимость производства графеновых батарей в настоящее время намного выше, чем у традиционных батарей. Это затрудняет масштабирование производства и снижение стоимости графеновых батарей.
Зрелость технологии: Графеновые батареи все еще находятся на ранних стадиях разработки, и их надежность и безопасность нуждаются в дальнейшем тестировании. Это означает, что технология еще недостаточно созрела для использования в массовом производстве, что ограничивает ее рыночный потенциал.
Масштабируемость. Хотя некоторые компании объявили о разработке графеновых батарей и выводе их на рынок, масштабируемость технологии остается серьезной проблемой.
Производство графеновых батарей в больших масштабах пока невозможно, и для преодоления этого ограничения требуются значительные инвестиции.
Текущее состояние графеновых аккумуляторов:
Несколько компаний, в том числе SAMSUNG, HUAWEI и Appear Inc., объявили о разработке графеновых аккумуляторов и выводе их на рынок. Однако количество коммерческих приложений, использующих графеновые батареи, остается ограниченным, и технология все еще находится на ранних стадиях разработки.
В настоящее время производство графеновых батарей ограничено небольшими и экспериментальными приложениями. Масштабируемость технологии по-прежнему остается серьезной проблемой, а стоимость производства остается высокой.
Нет никаких сомнений в том, что графеновые аккумуляторы обладают некоторыми значительными преимуществами по сравнению с традиционными литий-ионными аккумуляторами, но их коммерческая жизнеспособность остается под вопросом. Хотя некоторые компании добились прогресса в разработке этой технологии, все еще предстоит преодолеть значительные препятствия, прежде чем она сможет стать основной технологией.
Заключение:
Графеновые аккумуляторы имеют большие перспективы, обеспечивая более быструю зарядку, более длительный срок службы, более высокую плотность энергии и повышенную безопасность по сравнению с традиционными аккумуляторами. Однако технология все еще находится на ранних стадиях разработки, и необходимо решить серьезные проблемы, чтобы сделать ее жизнеспособным коммерческим продуктом.
Хотя некоторые компании, в том числе Appear Inc, объявили, что они разработали графеновые батареи и вывели их на рынок, масштабируемость и стоимость производства остаются серьезными проблемами.
Таким образом, до сих пор неясно, смогут ли графеновые батареи реализовать свой потенциал и стать основной технологией. Однако потенциальные преимущества технологии настолько значительны, что стоит продолжать инвестировать в исследования и разработки для преодоления существующих в настоящее время проблем.
Тем временем основное внимание следует уделять разработке новых аккумуляторных технологий, которые могут дополнить или заменить традиционные литий-ионные аккумуляторы.
