Жареный графен может стать ключом к новым батареям

Жареный графен может стать ключом к новым батареям

Очень часто забывают, что графен впервые был обнаружен простым приклеиванием и отрыванием скотча снова и снова. Фактически, это все, что надо для создания коротких, одноатомных листов углерода; конечно, создание графена должно совершить прорыв, учитывая простоту создания. В реальности, изготовление графена - самый сложный этап его использования. У него огромный теоретический потенциал для хранения энергии, а новейшие исследования могут помочь воплотить его в жизнь.

Электроды, несмотря на свою сложность во многих отношениях, используют самый банальный механизм из всех, что могут быть - физический контакт. Таким образом, если вы хотите улучшить способность электрода взаимодействовать с электролитом (скажем, ионы лития), то самой главной проблемой будет увеличение площади его поверхности; чем больше площадь взаимодействия электродов с электролитом, тем быстрее будут обработаны электролиты. Графен, таким образом, всегда представлял проблемы производства электродов, так как крайне сложно соответствовать всем требованиям.  Даже плоские, упорядоченные листы, сотканные из коротких прямых нитей сложны, уже не говоря о сложности структур больших площадей.

Чтобы решить это, ученые создали крошечные сферы из материала под названием "оксид графена". Большие (в сравнении с графеном) хлопья оксидного материала подаются в ультразвуковой распылитель, который атомизирует их, и выстреливает этими микросферами в раскаленную жидкость. Проходя через температуру жидкости и используя химические силы в качестве восстановителя, сферы начинают вскипать и испарять ненужную влагу со своей поверхности. Выражаясь метафорически, графеновые сферы жарятся, таким образом, избавляясь от ненужной влаги.
Исследователи полагают, что именно эта реакция вскипания отвечает за прирост производительности электрода. Так как графеновая сфера быстро уменьшается при испарении, потеря воды, похоже, каким-то образом вытягивает графеновые волокна в радиальные листы - вроде микроскопических помпонов. Хоть графеновые сферы и были изобретены гораздо раньше, они были в виде клеток, или комковатых листов, но никогда не в виде радиальных сфер с наноканалами. Эти помпоны обычно выпадают в виде осадка в растворе, что позволяет легко их собрать.

Жареный графен может стать ключом к новым батареям

Графен-молибденитовый транзистор.

Создание графеновых устройств, вроде этого, требует незаурядных навыков производства.
Результат крайне значителен. В прошлом, графен (несферический) был более традиционным электродным материалом, а со временем, более дорогостоящее процессы вроде этого, улучшили его емкость с 118 фарад/грамм до 151 фарада/грамм у этих 3D печатных графеновых шариков. Всесторонне освоив сложные механизмы графена, исследователи смогут максимально расширить площадь поверхности взаимодействия. Гладкие графеновые сферы, которые являются целью многих областей науки, будут бесполезны в этом случае.

Исследователи даже подумывают о том, что решением может послужить включение в структуру наночастиц, простым добавлением их в оригинальный состав хлопьев оксида графена. Можно представить себе, как эти наночастицы обретают флуоресценцию под воздействием электронного заряда, таким образом показывая состояние заряженности сферы. Может быть, их можно группировать, и таким образом получить некое подобие блокирующего механизма для построения более массивных структур из этих помпонов.

Жареный графен может стать ключом к новым батареям

Исследователи даже делают графен прозрачным, но, опять-таки, только в лаборатории.
Батарейный аспект становится одним из слабейших (если не самым слабым) звеньев в хай-тек. "Современные" батареи  не просто держат на месте развитие технологии своими размерами, ограниченным зарядом, низкой устойчивостью к нагреву, и здоровенной стоимости, они еще и обходятся нам в кучу энергии из-за своей неэффективности. Аккумуляторы все еще не могут обеспечить автомобилям более половины производительности газовой установки, как не могут послужить на практике в нашей энергосети. (но это все равно удивительная история, не смотря ни на что.)

Графен обнаружили всего несколько лет назад, но он уже сидит в печенках. Общество просто не будет готово к наплыву графеновых устройств, который наверняка состоится, как только ученые сделают несколько больших прорывов в этом направлении. В небольших масштабах, крайне сложный графен может использоваться практически везде, но вот при более массовом производстве, нигде кроме физических исследований. Открытия вроде этого, пока оно специализировано, это как раз то, что надо, если речь заходит о применении суперматериала в будущем.

via

Система Orphus
comments powered by Disqus
 
Top