Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) opracował technikę syntezy „grafenowych kulek„, dzięki którym dzisiejsze akumulatory li-ion zyskają większą pojemność przy tej samej objętości i będą nawet pięciokrotnie szybciej ładowane. Czy wreszcie doczekamy rewolucji w zasilaniu urządzeń mobilnych i aut elektrycznych?

Dział badawczy koncernu Samsung Electronics zsyntetyzował nowy typ materiału – grafenowe kulki – który w połączeniu z aktualnie stosowaną technologią produkcji akumulatorów litowo-jonowych ma szansę zrewolucjonizować ich wydajność. Materiałem tak znakomicie zwiększającym parametry przyszłych akumulatorów jest oczywiście grafen – „święty Graal” współczesnej technologii. Jednak w przeciwieństwie do innych placówek badawczych poszukujących tanich (ekonomicznie opłacalnych w masowej skali) metod produkcji grafenu, naukowcom z SAIT udało się wytworzyć grafen w postaci kulistych struktur przypominających… popcorn. Również ze względu na sposób wytwarzania.

Opracowana i już chroniona patentami w Korei Płd. oraz w St. Zjednoczonych technologia produkcji grafenu bazuje na wykorzystaniu powszechnej na Ziemi substancji jaką jest krzemionka (dwutlenek krzemu), która poddana odpowiednim procesom przekształcana jest w trójwymiarowe grafenowe, kuliste struktury. Ponieważ proces zachodzi z wykorzystaniem wysokich temperatur (cząstki SiOpoddawane są działaniu temperatury rzędu 1000°C) więc analogia do popcornu to dobre skojarzenie.

Podgrzewana krzemionka w temperaturze 1000 st. C z udziałem metanu i mamy grafen (fot. Nature)

Ważniejsze są jednak możliwości baterii domieszkowanych kulkami grafenowymi. Struktury grafenowe uzyskane przez Samsunga mogą stanowić materiał obu elektrod baterii litowo-jonowych. Według badaczy uzyskana pojemność energetyczna anody zbudowanej z grafenowych kulek to 716,2 mAh na gram. Oczywiście zbudowanie całkowicie grafenowej baterii jest – póki co – nieopłacalne, niemniej samo domieszkowanie klasycznych akumulatorów litowo-jonowych grafenowymi strukturami pozwoli na zwiększenie gęstości energii o 27,6% w porównaniu do akumulatora pozbawionego kulek grafenowych. Jednocześnie akumulator litowo-jonowo-grafenowy charakteryzuje się zachowaniem 78,6% pierwotnej pojemności po 500 cyklach ładowania. Co ważne nowy typ akumulatorów zachowuje lepsze właściwości (w stosunku do klasycznych ogniw Li-Ion) w temperaturze 60°C, a w takiej – jak zwracają uwagę badacze z SAIT – pracują akumulatory w samochodach elektrycznych.

Nie bez znaczenia jest również znaczny wzrost prędkości ładowania akumulatorów domieszkowanych grafenem. Dla porównania, gdy klasyczny akumulator Li-Ion potrzebuje do pełnego naładowania godziny, nowym akumulatorom od Samsunga wystarczyłoby – teoretycznie – zaledwie 12 minut. W tym kontekście używanie smartfonów czy aut elektrycznych to zupełnie nowa jakość. Zainteresowanych pełną publikacją dotyczącą badań naukowców Samsunga odsyłam do źródeł – artykułu w Nature.

Patent Samsunga nie wywraca do góry nogami istniejącej od 1991 roku technologii akumulatorów litowo-jonowych, lecz doskonale ją uzupełnia. Pod względem ekonomicznym odkrycie naukowców Samsunga to majstersztyk. Pamiętajmy, że samo odkrycie naukowe, nawet najbardziej doniosłe musi być mocno osadzone w ekonomicznej rzeczywistości zanim będzie mogło być komercyjnie wykorzystywane. W tym przypadku mamy coś, co jest rozwinięciem istniejących technologii produkcji ogniw litowo-jonowych, zatem jest szansa, że wdrożenie rozwiązania będzie możliwe w stosunkowo krótkim czasie.

 

Źródło: chip, Nature, https://www.graphene-info.com/samsungs-graphene-balls-improve-performance-and-charging-time-li-ion-batteries

Polecane: