Si los vehículos eléctricos están equipados con baterías de grafeno, ¿la velocidad de carga será realmente más rápida?

El grafeno es aclamado como el "rey de los nuevos materiales" por los investigadores científicos y los principales medios de comunicación. Es un nuevo nanomaterial con alta resistencia, buena tenacidad, peso ligero, alta transmitancia de luz y buena conductividad.

Las baterías de polímero de grafeno combinan miles de rayos de luz en uno. Tienen las ventajas de una alta energía específica y una velocidad de carga rápida. Este es también el punto débil de los vehículos eléctricos actuales. Por ejemplo, ya en 2015, el Laboratorio Huawei Watt lanzó una tecnología de carga rápida en la 56.ª Conferencia de Baterías de Japón en Japón. Esta batería de grafeno de 3000 mAh puede consumir hasta un 48% de energía en sólo 5 minutos.

Es más, ya en 2014, la empresa española Graphene Nano cooperó con la Universidad de Córdoba en España para desarrollar la primera batería de polímero de grafeno.

Según ellos, este tipo de batería tiene muchas ventajas:

1. La energía específica de una batería de grafeno supera los 600wh/kg y la capacidad de almacenamiento es el 3% de la mejor. productos en el mercado en ese momento. Tal rendimiento puede verse aplastado hoy (por ejemplo, la batería de fosfato de hierro y litio de BYD tiene una densidad de energía única de 150 ~ 160 Wh/kg, y el último sistema de batería 21700 de Tesla tiene una densidad de energía de 300 Wh).

2. Un rango de crucero único puede ser de hasta 1.000 kilómetros;

3. Un rango de crucero único puede ser de hasta 1.000 kilómetros; una sola carga completa solo requiere 8 minutos;

5. La vida útil es 4 veces mayor que la de las baterías hidrogenadas tradicionales y 2 veces mayor que la de las baterías de litio;

6. sólo la mitad que las baterías tradicionales;

7. Graphene Nano dice que la batería cuesta un 77% menos que las baterías de litio.

Desde una perspectiva de laboratorio, estos datos no son dudosos, porque las baterías de grafeno también son conocidas como "herramientas para hacer dinero" o "herramientas para fabricar papel". Si no lo crees, ve a la universidad y descúbrelo. Es fácil publicar artículos cuando se estudia esto, pero cuando se trata de un uso práctico, es básicamente inútil.

Es sencillo comprobar si se trata de un menosprecio intencionado a las baterías de grafeno. Por ejemplo, ya han pasado cuatro años y los nanómetros de grafeno nunca han vuelto a aparecer en nuestro campo de visión.

Desde la web oficial las últimas novedades son básicamente la participación en encuentros nacionales o la aplicación del grafeno en otros productos (como productos dentales). No ganemos dinero con suministros médicos cuando hay un mercado enorme para los coches eléctricos, o estamos locos o estamos sobreestimando sus productos.

De hecho, la "batería de grafeno" que se afirma actualmente en el mercado es un concepto inexacto. Para ser precisos, básicamente se trata de agregar un poco de grafeno al material para mejorar algunas propiedades de las baterías de litio, que pueden denominarse baterías de iones de litio a base de grafeno.

Para las baterías de iones de litio, el grafeno, como material de electrodo negativo a base de carbono, no puede cambiar fundamentalmente la proporción de energía de las baterías de iones de litio.

Reemplazar el grafito original en el electrodo negativo de la batería puede mejorar la capacidad general y la velocidad de carga de la batería, pero el efecto de mejora del rendimiento es limitado y no tan fuerte como se mencionó anteriormente.

Por supuesto, este no es el principal motivo que dificulta el lanzamiento de las baterías de grafeno. Las principales razones de las dificultades en la producción en masa son internas:

1. Las baterías totalmente de grafeno son muy caras y difíciles de preparar, lo que hace que la producción en masa sea casi imposible. Algunos de los datos sorprendentes publicados ahora provienen básicamente de baterías de grafeno de alta pureza, que solo aparecen en la etapa de concepto o en laboratorios;

2. El papel de las "baterías de grafeno dopado" en las baterías de litio es un agente conductor o electrodo incrustado en material de litio, pero en comparación con el bajo costo del carbono conductor tradicional y el grafito, la mejora del rendimiento aportada por el primero no es suficiente para atraer a los fabricantes;

3. una superficie específica elevada y otras características que son incompatibles con el sistema técnico actual de la industria de las baterías de iones de litio;

4. electrodo negativo de mayor capacidad teórica) y las dificultades del proceso de dispersión limitan su aplicación en baterías de litio.

En resumen, lo primero que hay que tener en cuenta es que las baterías de grafeno son básicamente imposibles de reemplazar a las de litio a corto o medio plazo; aunque las "baterías de litio de grafeno dopadas" tienen ciertas perspectivas de aplicación, no son muy útiles; No basta con cambiar el patrón actual.

Li Yangxing, científico jefe del Laboratorio Watt, dijo una vez: La tecnología de baterías de grafeno-litio resuelve principalmente tres problemas:

Primero, agregar aditivos especiales al electrolito para evitar su degradación a altas temperaturas. Descomposición;

En segundo lugar, se utiliza un gran material ternario monocristalino como ánodo para mejorar la estabilidad térmica;

En tercer lugar, la adición de grafeno logra una disipación de calor eficiente.

Además de que el grafeno es caro y no se puede producir en masa, ¿se pueden encontrar alternativas en el actual mercado de nuevos materiales?

Según las investigaciones, el fosfato de circonio (ZrP) es un compuesto estratificado inorgánico con buena conductividad de protones y un excelente material de retención de agua. En los últimos años, se ha informado que se dopó ZrP en Nafion para preparar membranas compuestas de intercambio de protones, y se señaló que ZrP mejoró el rendimiento de retención de agua y el rendimiento de la batería de la membrana. Sin embargo, como conductor de protones, ZrP no se puede utilizar solo en el campo de las membranas de intercambio de protones. Por lo tanto, elegir un polímero de bajo costo y buen rendimiento como matriz orgánica y fijar partículas inorgánicas de ZrP en el polímero orgánico es un método eficaz. preparar materiales de membrana compuestos orgánicos-inorgánicos. Entre los polímeros de hidrocarburos no fluorados, la poliimida (PI) es una excelente opción para los portadores de ZrP debido a su buena estabilidad térmica, excelente resistencia química y estabilidad mecánica, bajo costo y buenas propiedades de formación de película.

Los estudios de rendimiento de las membranas muestran que el dopaje de ZrP mejora la estabilidad térmica y la retención de agua de la membrana compuesta. La membrana compuesta de intercambio de protones PI/ZRP puede mantener un grado de hinchamiento bajo. El contenido de agua y el grado de hinchamiento de la membrana compuesta de PL/ZRP al 20 % son del 39 % y el 3,9 % respectivamente. La conductividad de protones de la membrana compuesta de intercambio de protones PI/ZrP aumenta con el aumento de la cantidad de dopaje ZrP. La membrana compuesta de intercambio de protones PI/ZRP puede proporcionar un canal de transmisión de protones estable a 90°C. c En un ambiente con una humedad relativa del 100%, la conductividad de protones de la membrana compuesta PI/20% ZRP alcanza 3,61×10-? ¿Sra. cm-? .

Dado que el fosfato de circonio puede ocupar un lugar en las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones, inevitablemente tendrá súper aplicaciones en el campo de las baterías de litio. Cuando esta tecnología madure, el fosfato de circonio, como nuevo material que puede producirse en masa y tener un costo controlable, seguramente resolverá los problemas temporales dejados por el grafeno y promoverá el desarrollo de la industria de las baterías.