¿Por qué la batería de grafeno no es práctica?

El grafeno se utiliza en baterías de iones de litio, supercondensadores, baterías de litio-azufre, celdas de combustible y celdas solares. Es un hecho indiscutible que siempre se han logrado avances técnicos. ¿Por qué no se han visto productos prácticos en el mercado hasta ahora?

Es razonable decir que el grafeno es actualmente el nanomaterial más delgado y duro del mundo. Su movilidad de electrones supera los 15000 cm2 / Vs a temperatura ambiente y es superior a la de los nanotubos de carbono o los cristales de silicio. La resistividad es de solo 10E-8Ωm, que es mejor que el cobre o la plata es menor, el material con la resistividad más baja del mundo, ¿la aplicación de sus excelentes características debería marcar la diferencia?

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Lo siento, las cosas no van bien. En respuesta a la pregunta de cómo el grafeno rompe el status quo y deja que las materias primas energéticas y el mercado matutino, cambie la forma de aclarar algunos malentendidos sobre la aplicación del grafeno a la energía.

Primero, ¿se puede cargar la batería de grafeno durante 10 minutos y funcionar durante 1.000 kilómetros? Actualmente no disponible.

En segundo lugar, solo hay dos áreas donde es más probable que el grafeno desempeñe un papel en las baterías de iones de litio: el uso directo en materiales de ánodos y en aditivos conductores.

En tercer lugar, ¿cuáles son las características más probables del grafeno en los supercondensadores?

1. Una gran superficie propicia una alta densidad de energía;

2. Conductividad ultra alta, que favorece el mantenimiento de una alta densidad de potencia;

3. La rica estructura química es beneficiosa para introducir condensadores de tantalio y aumentar la densidad de energía;

4. La estructura electrónica especial optimiza la relación entre estructura y rendimiento.

En cuarto lugar, los cálculos teóricos muestran que si se utiliza una sola capa de grafeno, su capacidad de adsorción de H2 puede alcanzar el 7,7% en peso, lo que cumple plenamente con los requisitos del Departamento de Energía de EE. UU. (MOE) para la energía de hidrógeno requerida por los automóviles (6% en peso). .

En quinto lugar, el supercondensador de grafeno en CRRC no está mucho más allá del estado actual de la técnica. La capacidad promedio de la batería 18650 puede ser de alrededor de 3100 mAh, por lo que la densidad de energía es de aproximadamente 700 Wh / L. Si el supercondensador no alcanza los 200kw / kg, no hay posibilidad de reemplazar la batería de litio.

En sexto lugar, ¿no existe nada parecido a una "batería de grafeno"? La llamada batería de grafeno no está hecha de un material de grafeno para toda la batería, sino que se utiliza un material de grafeno para el electrodo de la batería, por lo que no es apropiado llamarla "batería de grafeno".

Antes de entrar en el tema de la aplicación de grafeno a varios productos energéticos, primero revisamos las "viejas noticias" de China sobre las baterías de grafeno de litio: un teléfono móvil llamado Trailblazer α, que se lanzó en 2015, adoptado por la Academia China de Ciencias Chongqing Green. El instituto de investigación de tecnología inteligente y el Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo de la Academia de Ciencias de China han desarrollado nuevos materiales como pantallas táctiles de grafeno, baterías y películas conductoras térmicas. La pantalla táctil de los teléfonos móviles no está amarillenta, el color es verdadero, puro y la transparencia es mejor que la pantalla tradicional. Bueno, la tasa de carga del teléfono móvil aumenta en un 40%, la vida útil de la batería se extiende en un 50% y la densidad de energía de la batería también aumenta en un 10%.

Se puede ver a partir de esto que aunque el electrodo que usa material de grafeno mejora en gran medida la vida útil de la batería y la velocidad de carga de la batería, la alta superficie específica del material de grafeno en sí es incompatible con el sistema técnico actual de la industria de las baterías de iones de litio. La densidad de energía no se duplicó en teoría, solo un aumento del 10%.

De hecho, la información actual de que los condensadores de tantalio de las baterías de grafeno pueden aumentar la capacidad en más de un 30% es extremadamente baja, porque no hay ningún mecanismo de reacción, ni datos específicos ni resultados de análisis de productos. Sin embargo, solo vemos que la densidad de energía no se puede duplicar. Se afirma que las propiedades como la superficie específica son "incompatibles con el sistema de la técnica anterior" y es demasiado arbitrario. La búsqueda real todavía está en el artículo anterior mencionado en mi artículo. Solo hay dos tipos de materiales de grafeno para oxidación y deuteración, pero tenemos más de 200 tipos de combinaciones que incluyen: polvo de poros y polvo de escamas, que se utilizarán mucho. ¿Cuál es la forma de mejorar la batería de litio? Recuerde, las baterías de iones de litio son una solución de "sistema" que no se puede desmontar de un solo componente.

Sigo siendo optimista de que los supercondensadores pueden reemplazar las baterías de iones de litio, pero ¿quién sabe? Estamos trabajando arduamente para aumentar la densidad de energía de los supercondensadores hasta acercarnos a las baterías de iones de litio, pero la industria de las baterías de iones de litio no se construye de la noche a la mañana. Ambas mejoras de rendimiento tienen un significado positivo.

En los últimos seis meses, los expertos han mencionado varias razones por las que es difícil aplicar grafeno a aplicaciones de baterías de iones de litio, que incluyen:

A. cuestiones de costos. El negro de humo y el grafito conductores tradicionales se venden en toneladas (una tonelada de decenas de miles de yuanes). ¿Sobre la base del grafeno vendido por gramo se puede reducir a este precio? El material utilizado en este momento es un microchip de grafito (posiblemente varias decenas de capas), que no es una sola capa o varias capas de grafeno en absoluto.

B. las características del proceso no son compatibles. Es decir, el área de superficie específica del grafeno es demasiado grande, lo que trae muchos problemas de proceso al proceso de dispersión y homogeneización de la batería de iones de litio existente.

C. Si el grafeno es el electrodo negativo en teoría, como máximo el doble de la capacidad del ánodo de grafito (720 mAh / g), ¿por qué no usar silicio?

D. El grafeno se puede utilizar como agente conductor para promover una carga y descarga rápidas. En teoría, el rendimiento de la velocidad se puede mejorar, y si el grafeno se desdobla con el material activo del electrodo, bloqueará el paso de la difusión de iones de litio.

El grafeno no existe solo y debe estar en forma de material compuesto, incluso para el electrodo positivo, el electrodo negativo y el separador.

A menudo digo que "sentarse es peor que sentarse". Aquí está mi opinión sobre la aplicación del grafeno en energía:

Primero, como un material nuevo importante, el grafeno tiene amplias perspectivas de aplicación en muchos campos importantes, como teléfonos inteligentes, nuevas pantallas, baterías de iones de litio, energía solar fotovoltaica y otras industrias de la información electrónica. Actualmente, los materiales de grafeno aún se encuentran en la etapa inicial de aplicación industrial, en los campos anteriores. Aún queda mucho trabajo por hacer a gran escala.

En segundo lugar, la aplicación a gran escala de materiales de grafeno en la industria de tecnología de la información de próxima generación debe integrarse estrechamente con la demanda posterior, centrándose en la planificación general de la investigación y el desarrollo de materiales, el diseño de productos y los procesos de preparación, y la construcción de un nuevo modelo de ecología industrial para crear tracción y sincronización de la demanda. La I + D y los modelos de desarrollo industrial estrechamente acoplados promueven la aplicación temprana de materiales de grafeno en el campo de las tecnologías energéticas de nueva generación.

Resumen: El grafeno solo se usa para disipar el calor. De hecho, su aplicación en sí no se ha abierto paso. Si no está fabricado por Huawei, es posible que a todos no les importe. Todo el mundo debería volver a hablar de ello después de diez años. De lo contrario, será como el fullereno de ese año.

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