Cómo funcionan las baterías de grafeno de litio, cómo funcionan las baterías de grafeno

El contenido es el siguiente: se desarrolla una nueva batería de energía aprovechando el rápido y gran movimiento de lanzadera de los iones de litio entre la superficie del grafeno y el electrodo. La relación entre el tiempo (horas, días) y el voltaje generado por las baterías de grafeno en una solución saturada de cloruro de cobre.

Se puede decir que el avance tecnológico del ultracondensador de micrografeno es un desarrollo revolucionario para las baterías. En la actualidad, el método principal de fabricación de condensadores en miniatura es la tecnología de impresión de placas, que requiere mucha mano de obra y costos, y dificulta la aplicación comercial de los productos. Ahora puede hacer más de 100 supercondensadores de grafeno diminutos en un solo disco en 30 minutos, utilizando materiales baratos, desde una grabadora de DVD estándar o incluso en casa.

Experimentos de autocarga de baterías de grafeno utilizando calor ambiental

La relación entre el tiempo (horas, días) y el voltaje generado por las baterías de grafeno en una solución saturada de cloruro de cobre.

El circuito resultante contiene leds, que están conectados a una cinta de grafeno. Simplemente pusieron grafeno en cloruro de cobre (cloruro de cobre), en la solución. El LED está encendido. De hecho, necesitaban seis circuitos de grafeno, en serie, para producir los 2V requeridos, para hacer brillar la luz LED, para obtener esta imagen.

Lo que está sucediendo aquí, dicen xu y sus colegas, es que los iones de cobre, que tienen una carga positiva doble, se mueven a través de la solución a unos 300 metros por segundo debido a la energía térmica de la solución a temperatura ambiente. Cuando los iones chocan contra el cinturón de grafeno, la colisión genera suficiente energía para mantener a los electrones fuera del grafeno. Los electrones tienen dos opciones: pueden salir de la banda de grafeno y unirse a los iones de cobre, o pueden pasar a través del grafeno y entrar en el circuito.

Resulta que los electrones fluyen más rápido en el grafeno de lo que atraviesan la solución, por lo que los electrones naturalmente tomarán un camino a través del circuito. Es esta pequeña cantidad de luz la que hace que las luces LED "liberen electrones que tienen más probabilidades de pasar a través de la superficie del grafeno que al electrolito. Así es como el dispositivo genera el voltaje", dijo Xu.

Como resultado, la energía generada por el dispositivo proviene del calor del entorno circundante. Pueden aumentar la corriente simplemente calentando la solución o acelerar los iones de cobre con ultrasonido. Usando solo calor ambiental, pudieron mantener sus baterías de grafeno funcionando durante 20 días. Pero hay un signo de interrogación importante. Otra hipótesis es que alguna reacción química produce una corriente eléctrica, como una batería normal.

Sin embargo, xu y sus colegas dijeron que lo descartaron porque realizaron varios experimentos controlados. Sin embargo, estos se introducen en algún material complementario y no parecen estar en el sitio web de arXiv. Deben hacerlo público antes de que nadie más haga una declaración seria. A primera vista, esto parece un logro muy importante. Otras personas también han creado corrientes de grafeno, pero simplemente dejan que el agua fluya a través de él, por lo que no es realmente sorprendente que los iones en movimiento puedan tener este efecto. Esto presagia baterías verdes limpias, alimentadas solo por calor ambiental. "" Esto representa un gran avance en el estudio de tecnologías autónomas ", dijeron xu y sus colegas.

Popularizar la ciencia:

1. Las baterías de grafeno son solo una forma de decir que son baterías de litio u otras baterías dieléctricas.

El grafeno es un material superfino que no puede almacenar electricidad por sí solo. Se utiliza principalmente para separar los materiales en los dos polos de una batería, por lo que los electrones pueden pasar a través de ella con mucha facilidad. En otras palabras, la resistencia interna de la batería es muy pequeña, por lo que se carga tan rápido.

3. Con el conocimiento anterior, sabrá que para una batería de grafeno del mismo tamaño, su capacidad no tendrá mucha ventaja, o incluso desventaja, porque necesita diseñar un circuito de carga rápida. Por lo tanto, es imposible usar una batería de grafeno durante 10 días y medio mes, ¡con la excepción de algunos diseños anormales!

4. Las principales ventajas de las baterías de grafeno radican en su vida útil y velocidad de carga. Después de la prueba, carga y descarga de la batería de grafeno 2000 veces la tasa de atenuación dentro del 15%, aproximadamente 40 ~ 80% en comparación con la batería de litio normal, la velocidad de carga de 5000 mah puede llenarse de media hora, si el diseño del circuito, en teoría, se puede llenar en 5 segundos, pero el cuello de botella de la velocidad de carga no es la batería en sí, sino el cargador y el cable, para alcanzar una potencia tan alta, las líneas de transmisión de energía son una gran prueba.

No entiendo a la gente engañosa ... Can baidu enciclopedia: batería de grafeno

1) el grafeno tiene una superficie específica muy grande (2630m2 / g), que puede reducir la polarización de la batería, reduciendo así la pérdida de energía causada por la polarización.

2) el grafeno tiene una excelente conductividad eléctrica y térmica, es decir, tiene un buen canal de transmisión electrónica y estabilidad.

3) la escala de la capa de la hoja de grafeno está en el nivel nano-micro, que es mucho más pequeña que la del grafito a granel, lo que reduce la ruta de difusión de Li + entre las hojas de grafeno. El aumento del espaciado laminar también es beneficioso para la transmisión por difusión de Li + y la mejora del rendimiento energético de las baterías de iones de litio.

¿Cómo funciona una batería de grafeno? Aplicación de grafeno en materiales anódicos para baterías de iones de litio

La aplicación y las ventajas del grafeno en materiales de electrodo de ánodo y cátodo de litio se resumen a continuación.

1. Aplicación de grafeno en materiales anódicos de baterías de iones de litio

El grafeno se utiliza directamente como material de cátodo para baterías de iones de litio.

Ventajas del almacenamiento directo de litio con grafeno: 1) alta capacidad específica: ¿los iones de litio tienen una incrustación no estequiométrica en el grafeno? Capacidad específica desmontable de hasta 700 ~ 2000 mAh / g; 2) alta tasa de carga y descarga: la distancia entre capas de materiales de grafeno multicapa es significativamente mayor que la distancia entre capas de grafito, que es más propicia para la rápida incrustación y desembebido de iones de litio. La mayoría de los estudios también han demostrado que la capacidad del electrodo negativo de grafeno es de aproximadamente 540 mA · h / g. Sin embargo, debido a la descomposición de un gran número de grupos que contienen oxígeno en su superficie o la reacción con Li + durante el proceso de carga y descarga, la capacidad de la batería se atenúa y su rendimiento multiplicador también se ve muy afectado.

Los defectos causados por el dopaje de heteroátomos cambiarán la morfología de la superficie del material del ánodo de grafeno, mejorando así la humectabilidad entre el electrodo y el electrolito, acortando la distancia de transferencia de electrones dentro del electrodo y mejorando la difusión y velocidad de transferencia de Li + en el material del electrodo, de modo que para mejorar la conductividad y la estabilidad térmica del material del electrodo. Por ejemplo, los átomos de N y B dopados pueden deformar la estructura del grafeno (Figura 1) y cargarse y descargarse con un aumento de 50 mA / g con una capacidad de 1540 mAh / g, y el material de grafeno dopado con N y B se puede cargar y descargar. se descarga rápidamente en un tiempo relativamente corto, y el tiempo de carga y descarga de la batería es de 30 segundos con un aumento de 25 A / g [2].

¿Cómo funciona una batería de grafeno? Aplicación de grafeno en materiales anódicos para baterías de iones de litio

Sin embargo, todavía existen algunas desventajas para que los materiales de grafeno se utilicen directamente como electrodo negativo de las baterías, que incluyen: 1) las láminas de grafeno monocapa preparadas son fáciles de acumular y se pierde algo de espacio de almacenamiento de litio debido a la reducción del área de superficie específica ; 2) baja eficiencia de coulomb por primera vez, generalmente menos del 70%. Debido a la gran superficie específica y los abundantes grupos funcionales, los electrolitos se descompondrán en la superficie del grafeno durante el ciclo, formando una película SEI. Al mismo tiempo, los grupos que contienen oxígeno residual en la superficie de los materiales de carbono tienen reacciones secundarias irreversibles con los iones de litio, lo que da como resultado una disminución adicional de la capacidad reversible. 3) atenuación de la capacidad inicial rápida; 4) plataforma de voltaje y retraso de voltaje. Por lo tanto, para resolver esta serie de problemas, el grafeno y otros materiales se combinan para fabricar materiales de ánodos compuestos a base de grafeno, que se han convertido en un tema candente en la investigación de baterías de litio y una dirección de desarrollo de materiales de ánodos de litio.

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