Новый тип батарей для электромобилей — графеновые аккумуляторы

В последние годы электромобили становятся все более популярными, а с постоянным развитием их технологии стало очевидно, что необходимо найти более эффективные и долговечные способы хранения энергии. В этом контексте графеновые аккумуляторы представляют собой крайне перспективное решение для электромобильной промышленности.

Что это такое

Графен представляет собой однослойный кристалл углерода, представляющий собой двумерную структуру с атомами, соединенными в шестиугольные кристаллические решетки. Это один из самых тонких и прочных материалов, обладающий уникальными электрическими, механическими и теплопроводящими свойствами.

Он был открыт в 2004 году российско-британской группой ученых под руководством Андрея Гейма и Константина Новоселова.

Одним из перспективных свойств графена является его высокая прочность и гибкость. Благодаря этому, материал обладает большим потенциалом для применения в различных отраслях, включая электронику, медицину, энергетику и информационные технологии.

У графена также есть уникальные электрические свойства. Он является отличным проводником электричества и тепла с электропроводностью примерно в 100 раз выше, чем у меди. Благодаря этому, перспективная разработка может быть использована в создании более быстрых и эффективных электронных устройств, таких как суперкомпьютеры и транзисторы.

Кроме того, графен обладает светопрозрачностью и гибкостью, представляя собой идеальный материал для создания новых поколений гибких дисплеев, солнечных батарей и светоизоляционных пленок. Он также может быть использован в микро- и наноэлектронике, катализе, оптике и других областях науки и техники.

Следует отметить, что свойства графена являются предметом изучения и на сегодня. Однако его потенциал и перспективы в различных областях науки и техники являются весьма захватывающими. Многие ученые и инженеры по всему миру продолжают работу над прикладными разработками в части использования данного материала.

Одной из них является применение графена в аккумуляторных батареях электроавтомобилей. При его использовании в автомобильных аккумуляторах значительно увеличивается энергетическая емкость и производительность всей системы.

Преимущества использования графена для электромобилей очевидны:

• Во-первых, он является одним из самых прочных и гибких материалов. Таким образом, аккумулятор приобретает высокий показатель износостойкости и устойчивости к физическим повреждениям.
• Во-вторых, графеновый аккумулятор обладает значительными электропроводящими свойствами, что способствует быстрой перезарядке. Иными словами, время, потраченное на зарядку батареи, сокращается с нескольких часов до нескольких минут.

Кроме того, графен увеличивает энергоемкость аккумулятора, что позволяет электромобилю проехать гораздо большую дистанцию без необходимости подзаряжать ее. Косвенно это является основанием для популяризации электромобилей.

Также использование графена в аккумуляторах может существенно снизить затраты на покупку электромобиля. В настоящее время аккумулятор на литий-ионной основе является одной из самых дорогих частей подобного транспортного средство, поэтому и их стоимость влияет на итоговую цену машины.

Устройство аккумулятора на основе графена

Собственно, сама АКБ на основе графена практически ничем не отличается по конструктивным особенностям от широко используемых сегодня литий-ионных источников питания.

Так, устройство заключено в специальный металлополимерный корпус.  В нем находятся две одинаковые по габаритам пластины. Одна из них выполнена из меди, а вторая из алюминия. Каждая пластина оснащена выводами для электрических контактов.

Между ними находится электролит. Собственно роль электролита, то проводящего материала, выполняет графен. Сами электроды содержат восстановитель и окислитель. В результате реакции между ними и возникает электрический ток.

Важным элементом графеновой аккумуляторной батареи является сепаратор. Он не позволяет отрицательно заряженным атомам свободно перемещаться между электродами. В графеновых аккумуляторах сепаратор также выполнен из этого материала.

Автомобильные батареи на основе графена на текущий момент времени не вышли в массовое производство. Поэтому нельзя сказать о каких-либо характерных для них особенностях конструкции. Однако конструкторы и инженеры находятся в поисках как наиболее оптимальных форм-факторов, так и совершенствуют внутреннюю составляющую данных устройств.

Так, перед специалистами на повестке дня стоит вопрос об источниках питания в таких видах АКБ. Традиционно в них используют кобальт-литиевые компоненты. Однако такой вид питания не лишен недостатков. В первую очередь, связано это с высокой ценой самого лития, добыча которого в мире относительно невелика. Кроме этого, это химически активный и нестабильный металл.

Как работает АКБ

Принцип работы графеновых АКБ не отличается от аналогичных, выполненных с использованием других материалов.

Собственно, аккумуляторы электромобилей представляют устройства, которые играют ключевую роль в их работе. Они предназначены для аккумулирования и передачи электрической энергии, которая питает двигатель автомобиля.

Когда электромобиль не используется, аккумуляторы могут быть заряжены из внешнего источника питания, такого как зарядная станция. В этом случае поступающая электрическая энергия накапливается в аккумуляторе. В результате происходит запас энергии для дальнейшего использования в работе электромобиля.

Во время движения транспортного средства  аккумуляторы выступают в качестве источника питания. В результате, двигатель запускается, а автомобиль начинает движение.

Во время работы аккумуляторы также могут выполнять функцию рекуперации энергии. Когда электромобиль замедляется или тормозит, мотор функционирует как генератор, преобразуя кинетическую энергию движения в электрическую. Этот процесс позволяет подзарядить аккумуляторы и повысить энергетическую эффективность автомобиля.

Текущие разработки

Графеновые аккумуляторные батареи представляют собой перспективную технологию с большим потенциалом части увеличения энергоемкости и скорости зарядки. Однако на сегодня уровень ее развития не позволяет использовать их массово. Впрочем, применение АКБ на основе графена – технология уже завтрашнего дня.

Текущие разработки и исследования:

1. Исследование графеновых наноцепей. Ученые активно работают над разработкой графеновых наноцепей, которые позволяют эффективно преобразовывать энергию при зарядке и разрядке АКБ.
2. Гибридные графеновые системы. Некоторые исследования сфокусированы на разработке графеновых аккумуляторов, комбинирующих графен с другими материалами, такими как металлы и полимеры, для улучшения производительности и стабильности систем.

Коммерчески разработки АКБ для электромобилей ограничены несколькими производствами, осуществляющими их выпуск относительно небольшими партиями.

Можно ли сделать своими руками

Производство графена и АКБ для электромобилей является сложных технологическим процессом. В связи с этим своими руками сделать подобный аккумулятор не представляется возможным и единственным вариантом является купить оборудование.

Обзор моделей и цена

На данный момент на рынке есть несколько моделей графеновых аккумуляторов для автомобилей, но их цена все еще довольно высока.

Ниже представлены некоторые из наиболее популярных моделей графеновых аккумуляторов для автомобилей и их цены:

• Graphene Powerball — цена от 184000 рублей;
• NanoGraphene — цена от 138000 рублей;
• Graphene Energy — цена от 230000 рублей;
• Sonnenschein Graphene — цена от 180000 рублей.

Цены на графеновые аккумуляторы для автомобилей могут значительно различаться в зависимости от производителя, емкости и других факторов.

Также следует учитывать, что графеновые аккумуляторы все еще находятся в стадии разработки и могут не подходить для всех типов автомобилей. Перед покупкой графенового аккумулятора для автомобиля рекомендуется обратиться к специалистам и получить консультацию.

Графеновые аккумуляторы представляют собой одну из наиболее перспективных технологий для электромобилей.

Плюсы и минусы

Следует выделить следующие плюсы графеновых аккумуляторов для электромобилей:

1. Высокая энергоемкость. Графеновые аккумуляторы могут обеспечить большую мощность и более длительное время работы электромобиля без необходимости подзарядки.
2. Высокая скорость зарядки. АКБ такого типа могут полностью зарядиться за несколько минут, что обеспечивает удобство при эксплуатации электромобиля.
3. Длительный срок службы. Срок эксплуатации АКБ на основе графе может составлять в теории несколько десятков лет.

Однако существуют и определенные минусы данной технологии:

1. Высокая стоимость производства. Графеновые аккумуляторы в настоящее время дороже в производстве по сравнению с другими типами аккумуляторов.
2. Сложность производства. Производство графена и графеновых АКБ предполагает сложный и дорогостоящий технологический процесс.

Они обладают высокой степенью энергоемкости, длительным сроком службы, высокой скоростью зарядки и другими преимуществами, которые делают их идеальным выбором для будущего электромобильной промышленности. В то же время графеновые аккумуляторы все еще находятся на ранней стадии разработки, что исключает их массовое применение в текущих условиях.