Co jsou to grafenové baterie?

Vývoj nových materiálů, na jejichž základě se budou baterie vyrábět, je dnes v popředí mnoha výzkumných laboratoří a univerzit v různých zemích. Tak byl nalezen nový revoluční materiál zvaný grafen.

Vlastnosti grafenu.

Svou strukturou se jedná o speciální modifikaci uhlíku, tvořenou vrstvou atomů uhlíku o tloušťce pouze jednoho atomu. Podle výzkumných dat má grafen měrnou energetickou náročnost asi 65 kWh/kg. Toto číslo je až 47krát vyšší než dnes běžné lithium-iontové baterie. Ale materiál byl stále ve fázi důkladného výzkumu a měl mírnou nestabilitu. Poté vědci z australské Monash University našli způsob, jak udržet nejtenčí grafenové pláty stabilní zpracováním materiálu do speciálního vodného gelu.

Během studií gelu bylo zjištěno, že pokud je baterie vyrobena z takové součásti, její rychlost nabíjení bude několik sekund. Vývojáři tohoto materiálu tvrdí, že vytvoření baterie na bázi grafenu byl jen nápad a nikdo to nebral vážně. Všechny struktury z něj sestavené se rychle pokusily uspořádat do obyčejného grafitu a ztratily své vlastnosti.

Perspektivy vývoje grafenových baterií.

Nyní není objev grafenu tak populární jako dříve, ale vývoj nabíjecích baterií na jeho základě neskončil a již dosáhl určitých pozitivních výsledků. Právě tento materiál posloužil jako impuls pro pokrok ve výzkumných procesech k identifikaci inovativních technologií pro akumulaci a udržení elektrické energie. Tato práce začala již v roce 2010 a pokračuje dodnes v Číně, Koreji, Španělsku a USA.

Významného průlomu dosáhli američtí vědci, kteří vynalezli superkondenzátor založený na tomto materiálu. Měl energetickou kapacitu, která byla stokrát větší než kapacita stávajících baterií. Hlavním důvodem nízké popularity kondenzátoru byl úzký rozsah použití, který zahrnoval pouze zařízení s nízkou spotřebou, jako jsou telefony, tablety a další.

První, komu se podařilo vynalézt stabilní baterii, byli španělští vědci z univerzity v Cordobě. Vyvinuté baterie se ukázaly jako velmi výkonné a produktivní, což nám umožňuje posunout je na novou úroveň. Již brzy budou grafenové baterie aktivně využívány v automobilovém průmyslu. Během výzkumu bylo přesně stanoveno, že auta s takovými bateriemi na palubě budou schopna ujet až tisíc kilometrů bez dobíjení. Nabití takových baterií nezabere více než osm minut.

Pro srovnání, moderní elektromobily s již známými typy baterií ujedou v průměru až 400 kilometrů a doba nabíjení může trvat až několik hodin.

Španělští vynálezci již úspěšně testovali grafenové baterie s motory elektrických vozidel od významného výrobce automobilů jménem BMW. Během testů byly měřeny všechny hlavní charakteristiky chování baterií, v důsledku čehož byly provedeny potřebné výpočty. Na základě těchto výpočtů se ukázalo, že baterie na bázi grafenu mohou s jistotou pomoci vyřešit problém nízké energetické účinnosti stávajících typů baterií. V budoucnu také výrazně sníží tržní cenu elektromobilů.

Grafenové baterie tak sníží znečištění životního prostředí výfukovými plyny postupným vytlačováním benzinových motorů ze silnic většiny zemí světa.

Společnost Graphenano, přední vývojář grafenových technologií a významný dodavatel grafitu, říká, že hromadná výroba nových baterií na bázi grafenu by mohla začít již příští rok, za předpokladu úspěšného definitivního výzkumu materiálu. Objevení se grafenových baterií na trhu radikálně změní technologii výroby elektrického zboží, které vyžaduje autonomní provoz.

Až donedávna vypadala masová výroba elektrických vozidel jako vzdálená vyhlídka. Jakmile však několik výrobců představilo skutečná vozidla s elektrickým pohonem, začaly se po celém světě objevovat novinky. Jedním z klíčových problémů, který se tvůrcům elektromobilů zatím nepodařilo vyřešit, je nedostatečná výdrž baterie.

Nevýhodou je dlouhý proces dobíjení vybité baterie. A pokud se tyto nedostatky elektrické dopravy podaří překonat v co nejkratším čase, pak lze očekávat nával poptávky po nových zařízeních. Éru elektromobilů může přiblížit vynález ruských vědců, kterým se podařilo získat nový materiál zvaný grafen.

Grafen – revoluční materiál 21. století

V roce 2004 Rusové Andrei Geim a Konstantin Novoselov získali nový materiál na bázi oxidu křemičitého. Při práci na univerzitě v Manchesteru se jim podařilo vytvořit stabilní dvourozměrný film s úžasnými parametry. Materiál je milionkrát tenčí než běžný papír. Současně bylo možné měřit elektrickou vodivost a také studovat Hallův a Shubnikov-de Haasův jev. Ukázalo se, že výsledný film se stal nejtenčím a nejpevnějším materiálem s nejvyšší elektrickou vodivostí. Podnikatelé v různých zemích již ocenili vyhlídky grafenu a vyčlenili několik miliard dolarů na další výzkum. V blízké budoucnosti má materiál potenciál způsobit revoluci v oblastech, jako je mikroelektronika, čištění vody a výroba dobíjecích baterií.

Nevýhody baterií pro elektromobily

Příznivců dopravy šetrné k životnímu prostředí je rok od roku více. Mnoho potenciálních kupců je zmateno potížemi s údržbou baterie, která je hnacím motorem elektromobilu. Lithium-iontové baterie nejsou schopny vydržet dlouhé jízdy vozidla bez dodatečného nabíjení. Proto lze takovou dopravu bezpečně využívat pouze v rámci města. Nebyla vyřešena otázka rychlého dobití baterie, což může způsobit dlouhé zdržení motoristy na silnici. Použití kondenzátorů je jednou z možností, jak tyto problémy vyřešit. Ale jsou horší než tradiční baterie, pokud jde o životnost. Ke zničení zařízení dochází po malém počtu cyklů nabíjení a vybíjení.

Zdroje proudu grafenu

V různých zemích světa vědci aktivně vyvíjejí baterie a kondenzátory na bázi grafenu. Nejslibněji vypadá baterie vytvořená španělskými inženýry. Je dvakrát lehčí než podobné lithium-iontové, přičemž cena nového produktu je o 70 % nižší. Plné nabití grafenové baterie zajišťuje elektromobilu dojezd 1000 km. Tradiční baterie pro elektromobily mají kapacitu pouze na 200-300 km. najetých kilometrů A „mrtvou“ inovativní baterii nabijete za pouhých 8 minut. Několik německých automobilek již testovalo nové zdroje energie. Dnes španělská společnost Graphenano vyrábí grafen v průmyslovém měřítku. V roce 2015 byl v Yekle spuštěn závod, který bude vyrábět grafenové baterie. Zabírá 7 tisíc metrů čtverečních. metrů, kam bylo možné umístit 20 montážních dopravníků. První grafenové baterie by se měly objevit v roce 2016.

Specialisté na grafenano zaznamenali několik dalších zajímavých vlastností nanobaterií. Protože se během provozu neuvolňuje žádný plyn, zařízení budou ohnivzdorná. Baterie vydrží i zkrat. Španělé již uzavřeli smlouvy na dodávky grafenových baterií mnoha známým automobilovým a leteckým společnostem.

Jihokorejští vědci se vydali jinou cestou. Začali používat grafenový film ke zlepšení kondenzátorů. V laboratorních podmínkách se jim podařilo získat super zařízení, které rychle akumuluje energii a je schopné vydržet několik tisíc nabíjecích a vybíjecích cyklů. Před několika lety se použití grafenu zdálo jako věc vzdálené budoucnosti. Ale již dnes se největší korporace (Samsung, IBM) a komerční výzkumné laboratoře snaží najít praktické uplatnění pro inovativní materiál. Mnoho odborníků předpovídá vznik průmyslových zdrojů proudu založených na grafenu v příštím desetiletí. Videorecenze elektromobilu Tesla: