Le batterie sono al centro delle nostre più importanti tecnologie quotidiane. Il tuo telefono, il tuo laptop e, infine, la tua auto e casa, dipendono tutti dall’immagazzinare l’energia nelle batterie. L’attuale tecnologia delle batterie è eccezionale, ma le batterie al grafene potrebbero risolvere i loro difetti.
Che cos’è esattamente il grafene?
C’è una buona possibilità che tu abbia già sentito parlare del grafene nei media. Ogni pochi anni ci sono previsioni mozzafiato su come questo materiale meraviglioso trasformerà varie tecnologie. Quello che potresti non sapere è che il grafene è solo carbonio. La stessa materia su cui si basa la vita sulla terra e un elemento incredibilmente abbondante sulla terra.
Il grafene è un reticolo cristallino di grafite dello spessore di un atomo, che è essenzialmente carbonio cristallino. Sembra qualcosa di incredibilmente fantasioso, ma puoi creare scaglie di grafene con una matita e del nastro adesivo. Il premio Nobel per averlo fatto, però, è già stato assegnato.
Il grafene ha diverse proprietà che lo rendono molto interessante come parte potenziale della tecnologia futura. Ha un’elevata conducibilità termica ed elettrica. Quindi, se vuoi spostare l’elettricità o il calore con un’elevata efficienza, è una scelta promettente.
Il grafene mostra anche un alto livello di durezza e resistenza. È molto flessibile ed elastico. È anche trasparente e può essere utilizzato per generare elettricità dalla luce solare.
Il grafene è difficile da produrre in serie
Sembra tutto meraviglioso, ma c’è un grosso ostacolo. Sebbene sia banale creare scaglie di grafene o piccoli fogli per la ricerca in laboratorio, la produzione in serie si sta rivelando difficile. Se non fosse stato per le sfide della produzione di massa di questo nanomateriale in modo affidabile, sarebbe stato nei prodotti secoli fa.
La buona notizia è che ci sono diverse strade promettenti per la produzione di massa che potrebbero rendere il grafene abbastanza più economico da raggiungere il mercato di massa. La fibra infusa di grafene ora può essere prodotta in quantità ragionevoli. Il grafene può anche essere prodotto utilizzando solventi, sebbene questi siano altamente tossici. I ricercatori hanno esaminato solventi più sicuri e anche questo sembra promettente.
Il grafene è attualmente spesso prodotto utilizzando la deposizione chimica da vapore. Qui il grafene si forma come uno strato su un materiale di substrato. Il problema è che il tasso di difetto nel grafene è alto. Una nuova ricerca che utilizza il liquido (con la sua superficie perfettamente piatta) come substrato potrebbe risolvere il problema del tasso di difetto. Quindi, supponendo che alla fine riusciremo a rompere la produzione di massa di grafene, perché lo vogliamo nelle batterie?
Le batterie agli ioni di litio hanno problemi con il grafene
Le batterie al litio sono la batteria più densa di energia che puoi trovare nell’elettronica di consumo. Rendono possibili dispositivi come smartphone, droni e auto elettriche. Tuttavia, il litio. le batterie sono volatili e necessitano di circuiti di sicurezza estesi per mantenerle stabili.
Inoltre si degradano ad ogni ricarica, c’è un limite alla quantità di energia che possono fornire contemporaneamente e devono essere caricati lentamente per evitare che la batteria si surriscaldi ed esploda.
Le batterie potenziate con grafene possono risolvere o mitigare molti di questi problemi. L’aggiunta di grafene alle attuali batterie al litio può aumentare notevolmente la loro capacità, aiutarle a caricarsi in modo rapido e sicuro e farle durare molto più a lungo prima che debbano essere sostituite.
Le batterie allo stato solido non hanno elettrolita liquido. Questa è la sostanza che si trova tra i due terminali di una batteria e immagazzina l’energia chimica che viene convertita in corrente elettrica. La creazione di batterie a stato solido di grandi dimensioni e pratiche per uso commerciale è ancora un obiettivo di ricerca in corso, ma il grafene potrebbe essere il candidato giusto per rendere le batterie a stato solido una realtà per il mercato di massa.
In una batteria allo stato solido al grafene, viene miscelato con ceramica o plastica per aggiungere conduttività a quello che di solito è un materiale non conduttivo. Ad esempio, gli scienziati hanno creato un prototipo di batteria allo stato solido in grafene-ceramica che potrebbe essere il modello per alternative sicure e a ricarica rapida alle batterie agli ioni di litio con elettroliti liquidi volatili.
Batterie al grafene che puoi acquistare (una specie di)
Le batterie al grafene suonano in modo fantastico, come qualcosa di fantascienza. La buona notizia è che in realtà non devi aspettare per provare i benefici del grafene. Sebbene le batterie al grafene allo stato solido siano ancora lontane da anni, le batterie al litio potenziate con grafene sono già sul mercato.
Ad esempio, puoi acquistare una delle batterie Apollo di Elecjet, che hanno componenti in grafene che aiutano a migliorare la batteria al litio all’interno. Il vantaggio principale qui è la velocità di ricarica, con Elecjet che rivendica una carica da vuoto a pieno di 25 minuti. Queste batterie sono solo leggermente migliorate con un po’ di grafene, ma il loro costo non è così alto da metterle fuori dalla portata dei normali consumatori.
Nei prossimi anni, con il calo dei costi di produzione del grafene, ci aspettiamo di vedere più dispositivi potenziare le batterie al litio con questo materiale meraviglioso. Un giorno, forse, le batterie al grafene a stato solido diventeranno la prossima grande rivoluzione nell’accumulo di energia.
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