מהן סוללות גרפן
אולי בעתיד הקרוב מאוד ההגמוניה של סוללות ליתיום-יון תסתיים, מכיוון שסוג חדש של סוללות נכנס למקום - גרפן. אז בואו נסתכל מקרוב על סוללות גרפן ונגלה אילו תכונות יש להם ומדוע הן כל כך טובות.
מה זה גרפן
ראשית, בואו נגיד כמה מילים על חומר כמו גרפן. חומר זה הושג באופן מלאכותי בשנת 2004 על ידי מדענים רוסים והוא מבנה דמוי סרט שנוצר מאטומי פחמן.
במילים פשוטות, גרפן הוא מישור גרפיט, המופרד מהמבנה הכללי של החומר. במקרה זה, האטומים מסודרים, כך שנוצר סריג קריסטל משושה.
יחד עם זאת, החומר שנוצר הוא צפוף כל כך שיש לו מידה מוגברת של קשיחות ושולי מוליכות תרמית ענקית.
במקרה זה, אלקטרונים יכולים לנוע בחופשיות מעל מבנה הסרט, מה שפותח סיכויים רחבים להכנסת חומר חדש למעגלי מוליכים למחצה.
גרפן וסוללות
התחום הראשון בו הוחלט להשתמש בגרפן הוא בייצור מצברים לרכב.
בניסויים הראשונים שילבו גרפן עם ליתיום, אך כפי שהראו התרגול, זו התבררה כהחלטה שגויה. הסיבה לכך היא שליתיום הוא חומר אגרסיבי ביותר, וליתיום מתפוצץ במגע עם מים.
לכן הם סירבו להתקין שינויים כאלה בסוללות על כלי רכב חשמליים, מכיוון שבמקרה של תאונה ונזק לסוללה הייתה סבירות גבוהה מאוד לשריפה.
כמו כן, לייצור סוללות כאלה היה צורך בכמות גדולה של ליתיום, וזו מתכת יקרה.
לכן הוחלט לחפש חלופה לליתיום ונמצאו שתי אפשרויות בבת אחת:
1. דוגמנית אמריקאית. לדבריה, מקור התגובה הוא כבר קובלט-ליתיום וקתודה מרוכבת של לוחות סיליקון וגרפן.
2. מודל רוסי. כאשר משתמשים בשינוי מגנזיום-גרפן, שם הוחלף בהצלחה אנודת מלח הליתיום בתחמוצת מגנזיום (חומר נפוץ וזול בהרבה).
אך למרות גישות שונות, היתרונות והחסרונות של סוללות גרפן זהים.
יתרונות וחסרונות של סוללות גרפן
אם נשווה סוללות ליתיום-יון קלאסיות עם גרפן, האחרונים ניחנים ביתרונות הבאים:
- גרפן מיוצר מחומרי גלם זמינים וזמינים.
- החומר המיוצר קל מאוד. אז מטר מרובע אחד של גרפן שוקל רק גרם אחד, וזה מאפשר לך להפחית באופן משמעותי את מסת הסוללה.
- אנשי איכות הסביבה יכולים לישון טוב מכיוון שגרפן הוא ידידותי לסביבה.
- גרפן הגביר את חוזקו ואת עמידותו במים.
- שטחי שטח פגומים משוחזרים בקלות.
- המוליכות של גרפן גבוהה משמעותית מזו של כל מוליך אחר (כמובן, כרגע).
- יכולת ספציפית מוגברת. לדוגמא, מכונית עם סוללת גרפן המותקנת מסוגלת לנסוע עד 1,000 ק"מ בטעינה אחת. קילומטרים.
- קיבולת סוללות הגרפן אינה פוחתת בגלל מחזורי טעינה תכופים.
- זמן טעינה מלא הוא 8 דקות בלבד.
כפי שאתה יכול לראות, היתרונות הם רק עגלה ועגלה קטנה, אך ישנם גם חסרונות, כלומר:
- לגרפן יש צפיפות נמוכה למדי, כך שעדיין יש הגבלות משמעותיות על השימוש בה. לדוגמא, טלפון סלולרי עם סוללת גרפן יהיה מגושם.
איך עובדת סוללת גרפן
למעשה, המבנה של סוללת גרפן אינו שונה בהרבה מהמבנה של סוללת ליתיום-יון עם אלקטרוליט מוצק. הדבר היחיד הוא שבמקרה של גרפן, הקתודה עשויה מקולה פחם, בשל העובדה שהכימיקל שלה. ההרכב קרוב לפחמן טהור, והגרפיט מוחלף בגרפן.
על מנת להגדיל את קיבולת הסוללה הוסיפו המהנדסים קטעי סיליקון בין שכבות הגרפן. וכדי להגדיל את קצב הטעינה, נוצרו בלוחות הגרפן חורים קטנים בקוטר 15-20 ננומטר.
זה הכל, אחרת זו סוללה רגילה.
סיכום
ללא ספק, סוללות גרפן עדיין ימצאו את הנישה שלהן וייתכן בהחלט שהן יחליפו לחלוטין סוללות ליתיום-יון מהכן, אך עד שהן נכנסות לשוק הרחב, מוקדם לדבר על כך. ובכן, אם אהבת את המאמר, אז הרם את האגודלים והירשם כמנוי. ועוד יותר מעניין ושימושי שתוכלו למצוא באתר שלי, שם המאמרים מתפרסמים מעט קודם.