Graphen gilt als eines der vielversprechendsten Materialien der Zukunft.

Im Bereich der Unterhaltungselektronik waren Batteriekapazität und Ladegeschwindigkeit immer ein konstantes Thema. Viele Hersteller haben Ladezeit und Akkukapazität als Produkt-Gimmicks verwendet. Mit Blick auf den globalen Elektronikmarkt sind Lithium-Ionen-Batterien, die es schon seit Jahren gibt, immer noch die größten Anbieter der Welt. Die Batterie ist in fast alle Smartphones integriert, und selbst der 787 Dreamliner von Boeing verfügt über zahlreiche Lithium-Ionen-Batterien.

Der enorme Mangel an Lithiumbatterien in Bezug auf Sicherheit, Ausdauer, Umweltverschmutzung und Ladegeschwindigkeit hat jedoch begonnen, die Entwicklung der wichtigsten High-Tech-Industrien stark einzuschränken. Infolgedessen haben sich viele Forschungs- und Entwicklungsabteilungen von Unternehmen auf die fortschrittlicheren "Graphenbatterien" konzentriert und glauben, dass dieser neue Batterietyp Lithiumbatterien, die seit mehr als 26 Jahren in der Zukunft erhältlich sind, vollständig ersetzen wird.

Was ist eine Graphenbatterie?

Graphen ist ein planarer Film mit einem hexagonalen Wabengitter, das aus Kohlenstoffatomen mit SP2-Hybridbahnen und einem zweidimensionalen Material mit nur einer Kohlenstoffatomdicke besteht. Graphen ist derzeit das dünnste, aber härteste Nanomaterial der Welt. Es ist fast vollständig transparent und absorbiert nur 2,3% des Lichts. Es ist auch das Material mit dem kleinsten spezifischen Widerstand der Welt.

Die sogenannte Graphenbatterie ist eine neue energiebatterie, die unter Verwendung der Eigenschaften einer schnellen und massiven Bewegung von Lithiumionen zwischen der Graphenoberfläche und der Elektrode entwickelt wurde. Als eines der dünnsten, härtesten und elektrisch leitfähigsten neuen Nanomaterialien hat das Konzept des Graphens seit seiner Einführung im Jahr 2004 Aufmerksamkeit erregt.

Auf dem Gebiet der Leistungszellen ist Graphen ein positives und negatives Material für Lithium-Ionen-Batterien mit guten Anwendungsaussichten. Gleichzeitig wiegen Graphenpolymerbatterien nur 50% der herkömmlichen Batterien und kosten 77% weniger als Lithiumbatterien. Aus Sicht der Leistung werden Graphen-lithium-batterien einmal aufgeladen und dauern nicht länger als 10 Minuten.

Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften wird Graphen als "magisches Material" bezeichnet, und Wissenschaftler sagten sogar voraus, dass es "das 21. Jahrhundert vollständig verändern wird".

Ideal ist schön.

Wie wir alle wissen, sind Lithiumbatterien das am häufigsten verwendete Batteriematerial im Smartphone-Bereich. Lithiumbatterien wurden erstmals 1991 für den kommerziellen Einsatz eingesetzt und gehören seitdem zur Standardausrüstung. Viele Menschen glauben jedoch, dass diese Technologie an ihre Grenzen gestoßen ist, und hoffen, alternative Quellen zu finden. Daher ist die Graphenbatterietechnologie in die Augen der Menschen gelangt.

Aktuelle Nachrichten deuten darauf hin, dass das Samsung-Flaggschiff Galaxy S9 der nächsten Generation Graphenbatterien anstelle bestehender Lithium-Ionen-Batterien verwenden wird. Die Batteriespeicherkapazität dieses Batterietyps bei gleichem Volumen beträgt etwa 45% der einer Lithiumbatterie, kann jedoch innerhalb von 12 Minuten vollständig aufgeladen werden und eine hohe Stabilität in einer Umgebung von bis zu 60 Grad Celsius gewährleisten. Dies macht diesen Materialakku nicht nur für Smartphones, sondern auch für Elektrofahrzeuge sehr gut geeignet.

Es wird berichtet, dass das Samsung-Forschungsinstitut einen Weg gefunden hat, Graphen mit Kieselsäure in großem Maßstab zu kombinieren. Das Material, das die Fusion vervollständigt, wird als "Graphenkugel" bezeichnet und hat eine Popcorn-ähnliche Struktur. Die Forscher wiesen darauf hin, dass diese Technologie nicht nur die Stabilität der Batterie verbessert, sondern auch die Leitfähigkeit verbessert, "die Recyclingfähigkeit und die Schnellladefähigkeit der Kathode erheblich verbessert". Noch wichtiger ist, dass ihre Energiedichte nahe bei 800 Wh / L liegt, was ungefähr der von Tesla verwendeten Lithium-Ionen-Batterie entspricht.

Laut externer Analyse wird Samsung, wenn es das erste Unternehmen der Welt ist, das erfolgreich Graphenbatterien in Massenproduktionsanlagen einsetzt, das koreanische Unternehmen für lange Zeit zu einem exklusiven Lieferanten oder Patentinhaber von Graphenmaterialien machen. Dies wird einen großen Beitrag zur Verbesserung des Umsatzes und der globalen Stellung des Unternehmens leisten.

Gleichzeitig wurde das Konzept der "Graphenbatterien" auch im Bereich der Fahrzeuge mit neuer Energie wiederholt erwähnt und scheint ein Durchbruch in der Technologie der Batterien für Elektrofahrzeuge geworden zu sein. Batterien der Graphen-Technologie sind als "Meilenstein-Schwarz-Technologie" bekannt und sollen die Reichweite von Elektrofahrzeugen und die Batterielebensdauer verlängern und die Ladezeit verkürzen.

Das vielleicht repräsentativste davon ist das von Henry Fisk, dem Gründer von Fisk, entwickelte Elektrofahrzeug Fisk EMotion. FiskerEMion wird neue Graphenbatteriematerialien verwenden, die in neun Minuten 208 Kilometer mit einer maximalen Reichweite von 644 Kilometern und einer Höchstgeschwindigkeit von 259 Stundenkilometern zurücklegen können. Das Auto wird voraussichtlich das erste sein, das 2020 in Großbritannien verkauft wird.

Darüber hinaus berichteten lokale Medien, dass Wissenschaftler der Zhejiang-Universität einen neuen Typ einer Aluminium-Graphen-Batterie entwickelt haben, bei der die Graphenmembran als positives Material verwendet wird. Dieser Akku hat eine extrem lange Lebensdauer, kann in sehr kurzer Zeit vollständig aufgeladen werden und funktioniert normal im Temperaturbereich von minus 40 ° C bis 120 ° C.

Darüber hinaus weisen die diesmal entwickelten Aluminium-Graphen-Batterien einige der unübertroffensten Merkmale anderer aktueller Batterien auf. Beispielsweise können Aluminium-Graphen-Batterien bei einer niedrigen Temperatur von minus 40 ° C immer noch 1000-mal gleichmäßig geladen und entladen werden. Bei einer hohen Temperatur von 100 ° C wurde es 45.000 Mal stetig geladen und entladen. Selbst wenn der Kern Yuhuoyan ausgesetzt ist, fängt er kein Feuer und explodiert nicht. Dieser breite Temperaturbereich bildet die Grundlage für die zukünftige Verwendung von Aluminiumionenbatterien unter extremen Temperaturbedingungen.

Darüber hinaus ist der Akku sehr flexibel und die Kapazität kann nach 10.000 Biegungen unverändert bleiben, was das Anwendungspotential in tragbaren flexiblen elektronischen Geräten demonstriert.

Die Realität ist sehr knochig.

Der gegenwärtige Kapitalmarkt hat eine große Vorstellungskraft für Graphenbatterien, aber viele Wissenschaftler glauben, dass Graphenbatterien derzeit in vielen Aspekten der Technologie schwer zu durchbrechen sind, so dass es sich immer noch um ein Produkt im Labor handelt und seine wahre Massenproduktion noch weit entfernt ist ..

In einem Interview mit den Daily Economic News sagte Dr. Liuguanwei von der Tsinghua-Universität, ein leitender Ingenieur am Pekinger Institut für Nichteisenmetallforschung: "Es gibt Unterschiede bei der Definition von Graphenbatterien: die Zugabe von Graphenmaterialien Die Definition von Graphenbatterien ist irreführend. Die Nachrichten über Graphenbatterien beschränken sich auf einige Pelzberichte. Es gibt weder eine schematische Darstellung der Struktur und des Reaktionsmechanismus der Batterie noch spezifische technische Parameter wie die Energiedichte , Spannung und Lebensdauer. Für die Batterieindustrie fehlt den gemeldeten Nachrichten ohne diese Informationen die grundlegendste Glaubwürdigkeit, und die Möglichkeit einer falschen Übertreibung der Propaganda ist groß. "

Liyongfeng, Professor an der China Petroleum University, ist ebenfalls skeptisch. Er glaubt, dass die derzeitige Anwendung von Graphen in Batterien hauptsächlich mit Silizium in der negativen Elektrode der Batterie kombiniert wird, um den ursprünglichen Graphit zu ersetzen, was die Gesamtkapazität und die Ladegeschwindigkeit der Batterie erhöhen kann, aber die Leistungsverbesserung ist begrenzt. Online-Gerüchte über subversiven Aufstieg sind nicht sehr realistisch. Darüber hinaus erwähnten einige Branchenkenner, dass die Oberflächeneigenschaften von Graphen stark vom chemischen Zustand beeinflusst werden und dass es auch schwierig ist, die Chargenstabilität, die Lebensdauer und andere Probleme zu erfüllen, um die detaillierten Anforderungen der Lithiumbatterieproduktion zu erfüllen.

Der Bericht von CITIC zeigt auch, dass es immer noch unbekannt ist, wann Graphenprodukte mit hervorragenden Eigenschaften das Labor verlassen können. Wenn beispielsweise Graphen als transparente leitfähige Membran verwendet wird, besteht ein gewisser Engpass bei der Herstellung seiner Industrieprodukte, der es unmöglich macht, dass die geringe Leitfähigkeit von Graphen-Rohöl im Produkt eine Rolle spielt. Da einschichtiges Graphen keine Bandlücke aufweist und die für logische Schaltungen erforderlichen Transistorschaltfunktionen nicht erreichen kann, hat der Grad der Prozesskomplexität stark zugenommen, so dass seine weit verbreitete Verwendung auf dem Gebiet der Mikroelektronik einige Zeit in Anspruch nehmen wird.

Es ist richtig, dass Graphen als eines der vielversprechendsten Materialien der Zukunft angesehen wird, aber was ihn betrifft, ist seine Schaumzusammensetzung größer als der tatsächliche Anwendungswert, und es gibt viele Faktoren, die die Popularisierung dieses Materials behindern . Die Massenproduktion und die Kosten sind die wichtigsten. Graphen-Batterien sind möglicherweise ein langer Weg, bevor sie lithium-batterien vollständig ersetzen.

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