Grafena & Bateri

Teknologi bateri cepat berkembang, dengan berpuluh-puluh kimia alternatif yang bersaing mencabar penguasaan bateri litium-ion

Grafene ialah bahan yang menjanjikan untuk digunakan dalam bateri kerana kekonduksian elektrik dan kekonduksian terma yang tinggi. Penemuan baru-baru ini oleh penyelidik di Universiti Swansea, dengan kerjasama Universiti Teknologi Wuhan dan Universiti Shenzhen, boleh membuka jalan bagi penggunaan graphene dalam bateri lithium-ion, membantu mengekalkannya sebagai teknologi bateri yang dominan berbanding kimia alternatif, termasuk graphene -bateri berasaskan.

Penerbitan penyelidik dalam Kejuruteraan Kimia Alam memperincikan protokol pertama yang berjaya untuk membuat kerajang graphene tanpa kecacatan pada skala komersial. Kaedah ini boleh digunakan untuk mencipta kerajang graphene dalam jarak antara meter hingga kilometer. Dalam persekitaran makmal yang tidak direka untuk pengeluaran besar-besaran, mereka berjaya mencipta kerajang graphene sepanjang 200 meter dengan ketebalan 17 mikrometer. Kerajang juga sangat tahan dan ditunjukkan untuk mengekalkan kekonduksian elektrik yang tinggi walaupun selepas dibengkokkan lebih 100,000 kali, menjadikannya sesuai untuk digunakan dalam elektronik fleksibel, pembuatan industri dan aplikasi lain yang menggunakan graphene untuk menggunakan arus yang kuat.

Aplikasi yang difokuskan oleh penyelidik dalam kajian mereka ialah penggunaan kerajang graphene sebagai pengumpul semasa dalam bateri litium-ion. Bateri litium-ion terdedah kepada risiko utama, dipanggil termal runaway, yang berlaku apabila haba berlebihan terkumpul di bahagian bateri, yang membawa kepada kegagalan bateri dengan kebakaran atau letupan berbahaya. Isu ini adalah salah satu sebab utama ramai penyelidik dan syarikat bateri melihat di luar litium-ion dengan kimia alternatif seperti natrium-ion. Banyak penyelesaian alternatif sedang diterokai, contohnya, elektrolit gel.

Larian haba kebanyakannya berlaku pada pengumpul semasa bateri, di mana kuasa paling banyak tertumpu. Dalam bateri litium-ion semasa, pengumpul semasa biasanya diperbuat daripada aluminium atau tembaga. Pengumpul arus graphene yang dibangunkan oleh penyelidikan dengan kerajang graphene mereka boleh memaparkan kekonduksian terma setinggi 1,400.8 W m−1 K−1. Sebagai rujukan, ini hampir 10x lebih tinggi daripada pengumpul arus berasaskan tembaga dan aluminium.

Oleh kerana kerajang graphene menunjukkan pelesapan haba yang sangat cepat, ia menghapuskan risiko kepekatan haba tempatan apabila arus mengalir. Seterusnya, ini menghapuskan risiko tindak balas aluminotermik dan evolusi hidrogen yang merupakan langkah kritikal yang membawa kepada penyebaran kegagalan bateri dan bahaya kebakaran.

"Struktur graphene padat dan sejajar kami menyediakan penghalang yang teguh terhadap pembentukan gas mudah terbakar dan menghalang oksigen daripada meresap ke dalam sel bateri, yang penting untuk mengelakkan kegagalan bencana,"

Dr Jinlong Yang, pengarang utama bersama

Mungkin yang lebih penting, kaedah itu sudah terbukti boleh digunakan dengan pembuatan besar-besaran kerajang graphene. Jadi ia boleh disepadukan dengan cepat ke dalam proses pembuatan bateri sedia ada.

“Ini merupakan satu langkah ke hadapan yang penting untuk teknologi bateri. Kaedah kami membolehkan pengeluaran pengumpul arus graphene pada skala dan kualiti yang boleh disepadukan dengan mudah ke dalam pembuatan bateri komersial. Ini bukan sahaja meningkatkan keselamatan bateri dengan menguruskan haba dengan cekap tetapi juga meningkatkan ketumpatan tenaga dan jangka hayat.”

Dr Rui Tan, pengarang utama bersama

Para penyelidik sedang mencari cara untuk mengurangkan ketebalan kerajang graphene dan meningkatkan lagi sifat mekanikalnya. Mereka juga melihat bagaimana kerajang graphene boleh membantu mereka bentuk bateri aliran yang lebih baik dan bateri natrium-ion, dengan kerjasama pasukan penyelidik lain di Swansea University, di bawah Pr. Kepimpinan Serena Margodonna.

Kami sebelum ini membincangkan bateri litium-ion sarang lebah yang menghilangkan risiko kegagalan bateri daripada pertumbuhan dendrit. Jika pelarian haba juga boleh dihalang terima kasih kepada kerajang graphene, ini boleh menjadikan bateri litium-ion lebih selamat dan tahan lama berbanding versi semasa.

Keseluruhan ini mengikut corak kebanyakan inovasi dalam satu niche teknologi bateri untuk boleh digunakan dalam reka bentuk lain, membantu memajukan kemajuan pantas industri.

(Anda juga boleh mengetahui lebih lanjut tentang teknologi bateri dalam artikel kami “Masa Depan Mobiliti – Teknologi Bateri” dan “Masa Depan Penyimpanan Tenaga – Teknologi Bateri Skala Utiliti”.)

Atas ialah kandungan terperinci Grafena & Bateri. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!