Cadhnraí Graphene: Miotas nó Mboilgeog?

Dúshláin atá roimh chadhnraí litiam-ian

Le dhá fhiche bliain anuas ó tháinig cadhnraí litiam-ian, tá athruithe corraitheacha tagtha ar ár saol agus ar ár saol. Mar gheall ar na riachtanais oibre ardfhuinnimh agus ardchumhachta atá ag gairis stórála fuinnimh mar threalamh leictreonach tomhaltóra agus feithiclí leictreacha tá na cadhnraí litiam-ian atá ann cheana" béim ar". Tá nuálaíocht theicneolaíocht na gceallraí i bhfad taobh thiar d’uasghrádú trealaimh leictreonaigh agus tá sí ina srian anois ar eispéireas an úsáideora. An tranglam is mó.

Tá cadhnraí litiam-ian traidisiúnta bunaithe ar tointeáil ian litiam gníomhach idir na hábhair dearfacha agus diúltacha chun tiontú fuinnimh cheimiceach agus fuinneamh leictreach a bhaint amach. Mar sin féin, is é an mheicníocht leictriceimiceach seo de chur isteach agus eastóscadh a fhágann nach bhfuil cumas agus dlús fuinnimh cadhnraí litiam-ian in ann freastal níos mó ar riachtanais na gcásanna iarratais. Maidir le hábhair leictreoid dhiúltacha, úsáideann ábhair dhiúltacha leictreoid cadhnraí litiam-ian tráchtála a léirítear le graifít iain litiam chun dí-chomhdhlúthú idir sraitheanna graifíte chun oibriú. Mar sin féin, tá na suíomhanna litiam i ngraifít agus spásáil idirmheánach an ghraifít féin an-teoranta, rud a chuireann iallach ar chadhnraí litiam-ian aghaidh a thabhairt ar an aincheist nach bhfuil toilleadh leordhóthanach agus fuinneamh íseal ar leith ann.

Ceallraí graphene: iompaithe amach

Ag am nuair a bhíonn daoine ag cailleadh, tá cineál nua ábhar-graphene carbóin réalta tagtha amach! Is féidir graphene a mheas mar ghraifít aon chiseal, a bhfuil go leor suíomhanna idirchaidrimh litiam ann, agus a bhfuil seoltacht leictreonach ultra-ard aige agus achar dromchla sonrach ollmhór. Ar an mbealach seo, an féidir graphene a chur in ionad graifít chun réabhlóid sa tionscal stórála fuinnimh a mhaidhmiú? Le cumas ard, dlús ardfhuinnimh, agus muirearú tapa, don' t na" Peach Blossom Springs" go bhfuil daoine ag saothrú go díreach ina réaltacht? ! Thosaigh meáin éagsúla ag tuairisciú freisin ar na buntáistí a bhaineann le cadhnraí graphene agus hype comhfhreagrach a dhéanamh. Ar feadh tamaill, tá tóir ar stoic choincheapa a bhaineann le ceallraí graphene. Is cosúil gur buaileadh an tionscal ceallraí ar fad. Tá gach duine ag súil le cadhnraí graphene. Teacht na n-amanna.

An amhlaidh atá i ndáiríre, áfach? Tá an t-ábhar seo a leanas den chuid is mó ó thaobh na heolaíochta de chun veil na ceallraí mistéireach graphene a nochtadh do gach duine (Nóta: Níl coincheap soiléir fós ag ceallraí graphene, de réir ról graphene is féidir a roinnt go garbh i graphene mar bhreiseán seoltaí agus graifít Tá dhá chineál ene mar ábhar leictreoid dhiúltach. Pléann an t-alt seo graphene mar ábhar leictreoid dhiúltach na ceallraí).

bunadh

In 2014, thuairiscigh Scientific Report obair ar chadhnraí litiam uile-graphene. Sa cheallraí uile-graphene seo, is ábhar graphene dromchla-fheidhmithe é an leictreoid dhearfach, agus laghdaítear an leictreoid dhiúltach ocsaíd graphene. Úsáideann an ceallraí iomlán imoibriú dromchla na leictreoidí dearfacha agus diúltacha, ionas gur féidir léi muirear agus urscaoileadh ardráta a bhaint amach. Is féidir leis an dlús cumhachta arna ríomh bunaithe ar mhais iomlán an leictreoid 2150W / kg a bhaint amach.

Ó thaobh dlús cumhachta de, tá gealladh faoin gceallraí go deimhin, ach nuair a fhéachaimid ar an dlús fuinnimh arís, is féidir linn a fháil amach nach bhfuil sa dlús fuinnimh arna ríomh bunaithe ar mhais an dá leictreoid ach 130Wh / kg, atá díreach in ann chun an ceallraí litiam-ian atá ann a bhaint amach bunaithe ar ríomh mais an chórais (Is é dlús fuinnimh chórais na ceallraí lann BYD a bhfuil tóir air le déanaí ná 140Wh / kg;" Déanta sa tSín 2025" moltar go soiléir gurb é dlús fuinnimh aonair na feithicle ba cheart go sroichfeadh cadhnraí cumhachta suite 300Wh / kg faoi 2020). Má tá sé comhtháite i gcóras ceallraí, déanfar a dlús maise fuinnimh a lascainiú idir cúig agus seasca faoin gcéad eile. Thairis sin, níl litiam in ábhair leictreoid dhearfacha agus dhiúltacha na ceallraí uile-graphene seo, mar sin caithfear réamh-litriú leictriceimiceach sa leathchill a dhéanamh sula ndéantar iad a mheaitseáil le ceallraí iomlán. Ag féachaint air ar an mbealach seo, b’fhéidir gurb iad cadhnraí graphene an chéad cheann a d’fhorbair i gcásanna ardchumhachta, ach tá a ndlús fuinnimh fós i bhfad ó ionchais daoine' s.

Mar sin go teoiriciúil, an féidir graphene a úsáid mar ábhar leictreoid dhiúltach do chadhnraí cosúil le graifít? An bhfuil an mheicníocht a bhaineann le litiam a chur isteach mar an gcéanna le graifít? Cad é a chumas teoiriciúil stórála litiam? Creideann go leor taighdeoirí toisc go bhfuil dhá thaobh ag graphene atá in ann adamh litiam a adsorb, gur féidir léi déchéim litiam de Li2C6 a fhoirmiú agus go bhfuil cumas sonrach dúbailte aici 744 mAh / g. Tá go leor taighde déanta ar na saincheisteanna seo. D'úsáid roinnt taighdeoirí ríomhanna DFT chun a fháil amach nach féidir adamh litiam a adsorrú go díreach ar dhromchla graphene. Ní féidir iad a neadú ach idir sraitheanna graphene nó isteach i lár graphene agus foshraith trí imill nó lochtanna ardoird. Mar sin, sa chás seo, an bhfuil sé dí-ídiú nó asaithe, agus cé mhéad adamh Li is féidir a stóráil?

Briste

Mar fhreagra ar an bhfadhb seo, thuairiscigh an tOllamh Comhlach Ji Kemeng ó Ollscoil Tianjin a thaighde ar mheicníocht idirghaolcháin litiam graphene ciseal dúbailte i Nature Communications in 2019. D'úsáid siad modh taisceadh gaile ceimiceach ardteochta chun graphene ciseal dúbailte a ullmhú ábhar le dromchla ard sonrach. Ní gá an t-ábhar seo a cheangal leis an tsubstráit agus níl mórán lochtanna air, agus mar sin is féidir tionchar an tsubstráit agus na lochtanna ar asaithe nó dí-ídiú ian litiam a dhíchur, rud atá tairbheach don staidéar ar mheicníocht dí-chomhdhlúthú litiam i graphene féin. Taispeánann tástálacha urscaoilte muirir reatha agus cuair voltaséadracht timthriallach go bhfuil an t-imoibriú laghdaithe ocsaídiúcháin leictriceimiceach céanna ag graphene ciseal dúbailte agus atá ag leictreoidí graifíte traidisiúnta, agus déantar ian litiam a dhí-chomhdhlúthú idir an dá bhileog graphene. Is é an spásáil ciseal graphene an t-aon spás le haghaidh stórála litiam, agus tá an smaoineamh litiam a ionsú agus a stóráil ag dul i gcion air féin! Tá feiniméan suntasach ann freisin. Is é uas-acmhainn graphene ciseal dúbailte ach 180 mAh / g sa raon dlúis reatha de 0.2-50 A / g. Taispeánann tréithriú na céime ina dhiaidh sin gurb é comhdhéanamh stoichiometrach na céime stórála litiam LiC12 agus nach é LiC6 an leictreoid neamh-ghraifít an chéim dé-stórála litiam Li2C6 mar a thugtar air.

Taispeánann toradh an taighde seo go bhfuil samhail fearainn Daumas-Hérold' s níos oiriúnaí chun cur síos a dhéanamh ar iompar stórála litiam leictreoidí graifíte ná samhail Rüdorff' s, agus chuir sé deireadh leis an díospóireacht leathchéad bliain ar mheicníocht stórála litiam graifít. Ag an am céanna, dearbhaíodh cumas stórála litiam teoiriciúil graphene sa deireadh, agus tá an acmhainn theoiriciúil 180mAh / g i bhfad níos lú ná cumas stórála litiam leictriceimiceach an anóid ghraifít. Pléascann an mboilgeog ceallraí graphene é féin!

Inrianaitheacht

Mar sin, cá as a dtagann an cumas ard graphene a thuairiscítear i go leor cáipéisí? Tá a fhios againn nach bhfuil na hábhair graphene a dhéanann daoine de ghnáth graphene réasúnta íon mar an méid thuas. Tá go leor lochtanna ar go leor de na graphenes is féidir linn a fháil (lena n-áirítear lochtanna folúntais intreacha ábhair charbóin agus na lochtanna a chruthaíonn suíomhanna heteroatóm a tugadh isteach go speisialta), agus tá an dromchla saibhir i réimse grúpaí feidhmiúla (mar shampla carboxyl, hiodrocsaile, Tá na grúpaí seo furasta idirghníomhú go ceimiceach le litiam, mar shampla grúpaí eapocsa). Cuirfidh superposition na bhfachtóirí seo agus an t-achar dromchla sonrach ollmhór de graphene féin faoi deara nach nglacfaidh cuid mhór litiam páirt san imoibriú leictriceimiceach i bhfoirm dí-ídithe, ach go gcuirfidh sé leis an bhfiabhras i bhfoirm asaithe. De bharr na n-éifeachtaí pseudocapacitance seo tá an chuma ar an scéal go bhfuil an acmhainn graphene an-ard agus go bhfuil na cinéitic leictriceimiceach tapa, ach is beag éifeacht atá aige seo ar mhéadú dlús fuinnimh na ceallraí iomláine. Thairis sin, cuirfidh na suíomhanna imoibrithe flúirseacha agus cion ard lochtanna faoi deara go n-ídítear an litiam gníomhach teoranta go leanúnach, agus go dtiocfaidh laghdú ar éifeachtúlacht coulombic dá bharr, atá marfach do chobhsaíocht acmhainne na ceallraí iomláine.

todhchaí

Tar éis na hanailíse thuas, tá dóchas ag baint le graphene mar ábhar leictreoid dhiúltach do chadhnraí más mian léi dul isteach sna mílte teaghlach. Mar sin féin, ní chiallaíonn sé seo go bhfuil graphene gan úsáid i réimse na stórála fuinnimh. Chomh maith le feidhmíocht stórála litiam, tá seoltacht leictreach ultra-ard agus seoltacht theirmeach den scoth ag graphene féin freisin. Tá ról lárnach ag an dá fhachtóir leictreachais agus teasa i gcadhnraí iarbhír. Go háirithe teas, is féidir le timpistí sábháilteachta ceallraí a tharlódh de bharr runaway teirmeach fiú go leor ábhar leictreoid a bhfuil feidhmíocht leictriceimiceach den scoth acu a chrosadh. Má chuirtear na buntáistí a bhaineann le seoltacht leictreach agus theirmeach i bhfeidhm ar an gceallraí, beidh an" graphene ceallraí" féadfaidh Shine freisin.

Ar ndóigh, mar chineál ábhar draíochta, níl a fhios ag graphene an dtabharfaidh sé réabhlóid nua don cheallraí ar bhealaí eile? Díreach cosúil leis na tuairiscí sna meáin le déanaí ó fhoinsí anaithnid, tá Mercedes-Benz ag forbairt ceallraí orgánacha bunaithe ar graphene. Níor nochtadh an teicneolaíocht shonrach go fóill. Ar aon chaoi, beidh sé 10 mbliana ar a laghad ina dhiaidh sin. Cibé an réabhlóid nua nó mboilgeog nua é, fanfaimid agus feicfimid!

I mbeagán focal, ní" an réimse stórála fuinnimh, a dhíríonn ar phraiticiúlacht; ruaig sé réaltaí". Éilíonn an leictreoid dhiúltach graphene atá indéanta go teoiriciúil dálaí ró-ghasta (graphene foirfe). Sa táirgeadh iarbhír, is gá praghas ardchostas a íoc, atá contrártha leis an rún bunaidh dlús fuinnimh a mhéadú agus costais táirgthe a laghdú. Céard atá níos mó ag' s, cruthaíodh faoi dheireadh nach bhfuil an indéantacht theoiriciúil indéanta. An chéad uair eile beidh hype sna meáin faoi" graphene ceallraí", caithfidh tú do shúile a choinneáil oscailte chun go bhfeicfidh tú go soiléir