Εάν οι μπαταρίες από Γραφένιο κάνουν ό, τι λένε οι επιστήμονες, τότε αλλάζει ο σχεδιασμός μπαταριών διότι ,κρατούν πολύ περισσότερο και Φορτίζουν σχεδόν αμέσως.
Φανταστείτε ότι ταξιδεύετε στον αυτοκινητόδρομο με το νέο σας ηλεκτρικό αυτοκίνητο, εξοπλισμένο με την τελευταία μπαταρία γραφενίου. Παρατηρείτε ότι ο χυμός σας εξαντλείται, οπότε σταματάτε σε μια στάση ανάπαυσης, συνδέστε το και κατευθυνθείτε προς τα μέσα για να πάρετε μια πίτσα.
Όταν τελειώσετε και επιστρέψετε έξω, το αυτοκίνητό σας έχει ήδη σχεδόν φορτιστεί - και είναι έτοιμο για άλλα 300 μίλια χωρίς διακοπή.
Αυτό είναι το μέλλον των μεταφορών που υπόσχονται ορισμένοι επιστήμονες με έναστρο μάτια σύντομα. Λένε ότι με τις υπερδύναμες μπαταρίες με γραφένιο - ένα φύλλο άνθρακα πάχους ενός ατόμου - τα πάντα, από τα ηλεκτρικά εργαλεία έως τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα θα φορτίζουν γρηγορότερα, θα κρατούν περισσότερη ισχύ, θα κοστίζουν λιγότερο και ίσως βοηθούν ακόμη και τον πολιτισμό να απομακρυνθεί τελικά από τα ορυκτά καύσιμα που καταστρέφουν τον πλανήτη . Και αυτές οι θαυμάσιες μπαταρίες θα μπορούσαν να αρχίσουν να βγαίνουν στην αγορά, λένε, κάποια στιγμή το επόμενο έτος.
«Το Graphene είναι ένα εκπληκτικό υλικό και είναι ιδιαίτερα εκπληκτικό ως υλικό για μπαταρίες», δήλωσε ο Chip Breitenkamp, επιστήμονας πολυμερούς και VP της επιχειρηματικής ανάπτυξης στην εταιρεία μπαταριών γραφενίου NanoGraf, στο Futurism. Η τεχνολογία, είπε, μπορεί «να κάνει τις μπαταρίες να φορτίζονται γρηγορότερα και να διαλύουν τη θερμότητα πιο αποτελεσματικά. Αυτό έχει μεγάλες επιπτώσεις. Αυτό σημαίνει ότι τα ηλεκτρικά εργαλεία δεν υπερθερμαίνονται τόσο γρήγορα. Αυτό σημαίνει ότι οι οικιακές συσκευές εξυπηρετούν τις οικογένειες καλύτερα, περισσότερο. Και τελικά σημαίνει ότι [ηλεκτρικά αυτοκίνητα] μπορούν να φορτίζουν γρηγορότερα.
«Ουσιαστικά, το γραφένιο μπορεί να διαδραματίσει κεντρικό ρόλο στην τροφοδοσία ενός βιώσιμου, ηλεκτρικού μέλλοντος», πρόσθεσε ο Breitenkamp.
Η γρήγορη φόρτιση δεν είναι το μόνο πλεονέκτημα. Στο εργαστήριο, η NanoGraf αναφέρει ότι οι μπαταρίες γραφενίου δείχνουν αύξηση 50% στο χρόνο εκτέλεσης σε σύγκριση με τις συμβατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου, μείωση 25% στο αποτύπωμα άνθρακα και το μισό βάρος που απαιτείται για την παροχή της ίδιας παραγωγής.
Η βασική ιδέα έρχεται στη χημεία. Κατά τη διάρκεια δεκαετιών, οι κατασκευαστές μπαταριών ήρθαν να αγκαλιάσουν το λίθιο πάνω από το πυρίτιο επειδή έχει υψηλή ηλεκτρική χωρητικότητα. Αλλά το λίθιο έχει δύο βασικά προβλήματα. Αγωγεί ηλεκτρισμό άσχημα και τείνει να παραμορφώνεται φυσικά καθώς εκφορτώνει, τελικά κουρεύει και σπάει. Η ανάμειξη ή επικάλυψη του λιθίου με γραφένιο - ή, πιο πρόσφατα, σχετικά νανοϋλικά όπως οξείδια γραφενίου και μειωμένα οξείδια γραφενίου - επιλύει και τα δύο ζητήματα. Το Graphene είναι πολύ αγώγιμο, επιτρέποντας τη ροή ηλεκτρικής ενέργειας και άκαμπτο, έτσι βοηθά το λίθιο να διατηρήσει το σχήμα του, επιτρέποντας στην μπαταρία να διαρκέσει περισσότερο.
«Το Graphene έχει πολύ υψηλή ηλεκτρονική αγωγιμότητα, οπότε όταν το τοποθετείτε στην άνοδο του πυριτίου σας, η αγωγιμότητα αυξάνεται πραγματικά», δήλωσε ο Χρήστος Αθανασίου, μηχανικός στο Πανεπιστήμιο Brown που δημοσίευσε έρευνα σχετικά με τις μπαταρίες γραφενίου, στο Futurism. «Και το γραφένιο έχει πολύ καλές μηχανικές ιδιότητες - είναι πραγματικά, πολύ δυνατό. Έτσι, όταν επεκτείνεται η άνοδος, το γραφένιο ουσιαστικά εμποδίζει αυτές τις παραλλαγές όγκου, οπότε δεν επιτρέπει την άνοδο του πυριτίου τόσο πολύ ώστε να μην σπάσει.
Ένα άλλο πλεονέκτημα: Επειδή η ανθεκτικότητα του γραφενίου παρέχει μπαταρίες σε τόσους περισσότερους κύκλους ζωής από μια συμβατική μπαταρία, λένε οι υποστηρικτές, μπορούν να τις «σπρώξουν» πιο σκληρά και να τις φορτίσουν γρηγορότερα με ένα πιο ισχυρό ηλεκτρικό ρεύμα. Θα υποβαθμιστούν πιο γρήγορα, αλλά η αφθονία των κύκλων εκφόρτισης τους δίνει ακόμα μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από τις συμβατικές μπαταρίες.
Το Nanograf δεν είναι η μόνη εκκίνηση που λέει ότι φιλοξενεί μια πρακτική μπαταρία γραφενίου. Ο Samuel Gong, Διευθύνων Σύμβουλος του ανταγωνιστή Real Graphene, δήλωσε στο Futurism ότι πιστεύει ότι η τεχνολογία της εταιρείας του θα μπορούσε να φορτίσει ένα αυτοκίνητο σε λιγότερο από μία ώρα.
«Έχουμε επίσης μεγαλύτερο προϋπολογισμό κύκλων ζωής που μπορούμε να θυσιάσουμε επειδή οι άνθρωποι συνήθως δεν διατηρούν τα προϊόντα τους περισσότερο από λίγα χρόνια, πιθανότατα», δήλωσε ο Γκονγκ. «Μια μπαταρία γραφενίου μπορεί να πάρει πολύ περισσότερη τιμωρία υπό μια έννοια, η οποία επιτρέπει αυτόν τον επιπλέον κύκλο ζωής. Μπορούμε να το πιέσουμε πολύ πιο σκληρά. "
Το αποτέλεσμα, λέει, είναι μια φτηνή μπαταρία με πολύ αυξημένη ενεργειακή πυκνότητα και απόδοση.
«Πιστεύω ότι [οι μπαταρίες γραφενίου] είναι εξίσου σημαντικές για την εξέλιξη της τεχνολογίας σε σύγκριση με κάτι σαν πλαστικό», είπε ο Γκονγκ, «όπου στο μέλλον θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε σχεδόν τα πάντα».
Οι υποσχέσεις είναι τεράστιες, αλλά ταυτόχρονα, συγκεκριμένοι ισχυρισμοί μπορούν να αρχίσουν να φαίνονται ασαφείς. Η Nanograf λέει ότι συνεργάζεται ήδη με μια εταιρεία ηλεκτρικών εργαλείων και μια εταιρεία που κατασκευάζει μπαταρίες για ηλεκτρικά οχήματα για να φέρει την τεχνολογία της στην αγορά, αλλά είπε ότι δεν μπορούσε να ονομάσει συγκεκριμένους συνεργάτες.
Και ο Γκονγκ μας είπε ότι η Real Graphene ήδη οδηγεί λεωφορεία που τροφοδοτούνται από μπαταρίες Graphene στη Σαγκάη της Κίνας - αλλά όταν ζητήσαμε λεπτομέρειες για το πρόγραμμα, όπως ποιος εκτελεί τα λεωφορεία και αν οι μπαταρίες ανταποκρίνονται στις επιβλητικές τεχνικές υποσχέσεις τους, αρνήθηκε να σχολιάσω.
Με μεγαλύτερη έννοια, το γραφένιο απομονώθηκε για πρώτη φορά το 2004. Γιατί η μεγάλη ώθηση να το βάλουμε σε όλα τώρα ;
«Τα τελευταία 15 έως 20 χρόνια, βασικά ολόκληρη η κοινότητα αποθήκευσης ενέργειας έχει κάνει πολλή δουλειά για το πώς να φτιάξει ένα καλό νανοσύνθετο υλικό, πώς να φτιάξει αυτή η άνοδος πυριτίου γραφενίου να έχει τις επιθυμητές ιδιότητες», δήλωσε ο Αθανασίου. "Έτσι, πρόσφατα τα τελευταία χρόνια, έγινε πιο εύκολο να φτιάξετε γραφένιο και υπάρχουν άλλα νανοϋλικά με βάση το γραφένιο, όπως το οξείδιο του γραφενίου."
«Αυτά τα νανοϋλικά προσφέρουν ακόμα καλύτερες ιδιότητες», πρόσθεσε. «Το οξείδιο του γραφενίου αναμιγνύεται καλύτερα με το πυρίτιο για παράδειγμα. Και στη συνέχεια αποδείχθηκε ότι όταν χρησιμοποιείτε μειωμένο οξείδιο του γραφενίου, προσέφερε ακόμη καλύτερες ιδιότητες. "
Με άλλα λόγια, το γραφένιο βρίσκεται σε διαρκή κατάσταση «σχεδόν έτοιμο να φέρει επανάσταση στον κόσμο» για χρόνια. Αλλά με το κόστος κατασκευής να τείνει προς τα κάτω, πολλές νεοσύστατες εταιρείες ανέφεραν στο Futurism ότι οι μπαταρίες τους θα πωλούνται σε μικρές συσκευές όπως ηλεκτρικά εργαλεία ήδη από το επόμενο έτος. Μετά από αυτό, σκοπεύουν να γίνουν ακόμη πιο φιλόδοξοι.
«Οι μπαταρίες που πηγαίνουν σε EV απαιτούν πολύ μεγάλους κύκλους δοκιμών», δήλωσε ο Breitenkamp από το NanoGraf στο Futurism «Έτσι, μπορείτε να φανταστείτε, αυτές οι μπαταρίες πρέπει να δοκιμαστούν για τουλάχιστον τρία έως τέσσερα χρόνια. Δεν πρόκειται για τη λειτουργία της τεχνολογίας μας σε ένα EV τώρα. Πιστεύουμε πλήρως ότι θα συνέβαινε, αλλά είναι θέμα όλων των επικυρώσεων που απαιτούνται για την είσοδο σε ένα EV. "
«Δεν είναι θέμα αν λειτουργεί, είναι θέμα του πόσο καιρό χρειάζεται για να πάρει τους αντίχειρες σε πράγματα όπως η ασφάλεια και η μακροζωία», πρόσθεσε ο Breitenkamp.
Είναι πιθανό οι μπαταρίες γραφενίου να προσελκύουν ενδιαφέρον πέρα από την κοινότητα εκκίνησης. Στην πραγματικότητα, αρκετοί εμπειρογνώμονες που πήραν συνέντευξη για αυτήν την ιστορία εικάζουν ότι ο Tesla μπορεί κρυφά να πειραματίζεται με την ίδια τεχνολογία - αν και όλοι τονίζουν ότι η θεωρία ήταν απλώς εικασία.
«Δεν έχω καμία αμφιβολία ότι η Tesla εργάζεται σε αυτό το είδος τεχνολογίας», δήλωσε ο Γκονγκ, προσθέτοντας ότι η κατασκευή αρκετά ισχυρών φορτιστών μπορεί να είναι μεγαλύτερη πρόκληση από την παραγωγή των ίδιων των μπαταριών γραφενίου.
«Πιθανώς θα το κάνουν, αλλά όλα αυτά είναι εξαιρετικά εμπιστευτικά», είπε ο Αθανασίου. "Κανείς εκτός εταιρείας δεν θα το γνώριζε πραγματικά."
Η Tesla, η οποία διαλύθηκε πρόσφατα ολόκληρο το τμήμα δημοσίων σχέσεων , δεν αναγνώρισε τις ερωτήσεις του Futurism ούτε ζήτησε σχόλια. Αλλά ανεξάρτητα από το αν η Tesla εργάζεται σε μπαταρίες γραφενίου, υπάρχουν πολλές τεχνικές προκλήσεις που πρέπει να επιλυθούν προτού να είναι χρήσιμες ως καταναλωτικό προϊόν.
Ένα πρακτικό ζήτημα, είπε ο Γκονγκ, θα ήταν ότι εάν μια μεγάλη αυτοκινητοβιομηχανία πέτυχε να αναπτύξει μπαταρίες γραφενίου έτοιμες για αγορά, η τεράστια κλήρωση φόρτισης θα διατρέχει τον κίνδυνο να κατακλύσει εντελώς την ηλεκτρική υποδομή.
«Το ηλεκτρικό δίκτυο μπορεί να χειριστεί σχεδόν ό, τι έχουμε τώρα, τουλάχιστον όταν μιλάμε για το Bay Area. Είναι απλώς κάτι που δεν μπορώ να δω ότι συμβαίνει μόνο και μόνο επειδή είναι τόσο μεγάλη δύναμη », είπε ο Γκονγκ. «Δεν είναι μόνο η κατασκευή ενός πυρηνικού σταθμού και λέγοντας ότι έχουμε τη δύναμη. Είναι επίσης η παράδοση ισχύος: αν η καλωδίωση της πόλης μπορεί ακόμη και να αντιμετωπίσει αυτήν την αύξηση ισχύος. "
Υπάρχουν, ομολογούν όλοι, ακόμη τεχνικά προβλήματα που πρέπει να επιλυθούν. Ένα, είπε ο Breitenkamp, είναι ότι το να πιέζεις τις μπαταρίες πολύ σκληρά μπορεί να προκαλέσει προβλήματα όπως δενδριτικό ερπυσμό - ουσιαστικά ένα εσωτερικό βραχυκύκλωμα. Αλλά πολλοί ειδικοί είπαν ότι το δενδριτικό ερπυσμό του φουτουρισμού μπορεί να λυθεί με, το μαντέψατε, περισσότερο γραφένιο.
Ακόμα κι αν βυθιστείτε σε περισσότερα γραφενικά μπλοκ δενδριτικής ερπυσμού, ωστόσο, υπάρχουν καθυστερημένα κατασκευαστικά προβλήματα. Διαφορετικές εταιρείες χρησιμοποιούν διαφορετικά κόλπα για την πραγματική επικάλυψη ή την εφαρμογή μπαταριών σε γραφένιο, αλλά η συνέπεια είναι μια πρόκληση ανεξάρτητα από τη μεθοδολογία.
Με λίγα λόγια, είπε ο Αθανασίου, οι επιστήμονες μπορούν να κάνουν πραγματικά καλά πρωτότυπα στο εργαστήριο - αλλά η μετάβαση στη μαζική παραγωγή τελικών προϊόντων είναι μια εντελώς ξεχωριστή πρόκληση.
«Αυτό που μπορώ να σας πω είναι ότι η επιστήμη είναι εκεί», είπε ο Αθανασίου. «Ωστόσο, από τεχνολογική άποψη, δεν είναι ακόμη έτοιμο. Ξέρουμε πώς να φτιάχνουμε αυτά τα νανοσύνθετα γραφένια πυριτίου, αλλά πώς μπορούμε να τα κάνουμε αναπαραγώγιμα - αυτή είναι μια μεγάλη πρόκληση. "
Και, φυσικά, υπάρχει η διαφημιστική εκστρατεία που ωθεί το γραφένιο προς τα εμπρός και διατηρεί ενδιαφέρον για αυτό από την ανακάλυψή του. Έχει μετατραπεί σε μπουφάν , που ονομάζεται πηγή άπειρης ηλεκτρικής ενέργειας , και ακόμη και ως τρόπος αφαλάτωσης αμέσως νερού .
Μέρος αυτού είναι η αναγκαιότητα των επιστημόνων που πρέπει να αυξήσουν το ενδιαφέρον τους για τη δουλειά τους, δήλωσε ο Greg Less, τεχνικός διευθυντής του εργαστηρίου χρήστη μπαταριών του Πανεπιστημίου του Michigan Energy Institute Αλλά είπε επίσης ότι δεν είναι σίγουρος πόσο χρήσιμες θα είναι οι μπαταρίες γραφενίου. Ο Graphene δεν είναι η ειδική εξειδίκευση του Less, κατέστησε σαφές, αλλά είναι ύποπτος ότι μπορεί να ξεθωριάσει ως άλλη μόδα.
Αναφέρθηκε στους νανοσωλήνες άνθρακα - το « θαυμαστικό υλικό » του προηγούμενου έτους - ως παράδειγμα. Οι νανοσωλήνες άνθρακα είναι βασικά απλά κομμάτια γραφενίου που τυλίγονται σε σωλήνες, και έγιναν πολλοί τολμηροί ισχυρισμοί για το πώς θα φέρει επανάσταση στην κοινωνία επίσης.
«[Το Graphene είναι] είδος υλικού gee-whiz αυτή τη στιγμή,» είπε ο Λις. «Θα υπάρξουν βελτιώσεις; Ναι. Αυτές οι βελτιώσεις θα είναι αρκετές για να αντικαταστήσουν μια φθηνότερη, πιο διαθέσιμη επιλογή; Πιθανώς όχι. Μπορεί. Δεν γνωρίζω. Δεν γνωρίζω."
Με λίγα λόγια, η διαφημιστική εκστρατεία που περιβάλλει το γραφένιο κρύβει το μέλλον της. Ο διαχωρισμός της πραγματικής χρησιμότητας για το νανοϋλικό από καλοπροαίρετες προσπάθειες που τελικά θα υπολείπονται είναι δύσκολος. Αλλά πρέπει να καθαρίσουμε την περιβαλλοντική μας πράξη με κάποιο τρόπο, και αν θέλουμε να αποτρέψουμε τις πιο καταστροφικές επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής, τότε ίσως χρειαζόμαστε μια μακροχρόνια χαλάζι ή δύο. Εάν ακόμη και ένα μικρό μέρος αυτού που λένε οι υποστηρικτές του γραφενίου είναι πιθανό να συμβεί, θα είναι πράγματι ένα πολύτιμο όπλο για την καταπολέμηση των ορυκτών καυσίμων.
«Είμαστε πολύ ενθουσιασμένοι που βλέπουμε την ηλεκτροδότηση να γίνεται πραγματικότητα», δήλωσε ο Breitenkamp για τη δυνατότητα του γραφενίου να φέρει επανάσταση στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα. «Τα τελευταία δέκα χρόνια, φαίνεται σαν στον αιθέρα. Το να είσαι σε θέση να φτιάξεις ένα αυτοκίνητο που είναι αρκετά προσιτό για να βάλει στο γκαράζ όλων θα αλλάξει πολλά πράγματα. Θα αλλάξει την αφήγηση για την κλιματική αλλαγή και ακόμη και τις θέσεις εργασίας. "
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου