Графеновый аккумулятор: Первый графеновый

Первый графеновый

Последние годы в новостях и среди энтузиастов ходят упорные слухи о невероятных свойствах чудо-материала графена. Являясь по своей сути формой углерода, графен был получен совсем недавно – в 2004 году (по Википедии), но люди с хорошей памятью, возможно, вспомнят фамилию Петрик, который заявлял о том же самом в 90-х годах XX века. Как бы то ни было, сверхтонкая пленка, образованная из молекул углерода, на микроуровне разительно улучшает физическую и химическую устойчивость любого материала, стоит только ее нанести. Наиболее рациональное применение графен нашел в автомобильных аккумуляторах, практически утраивая емкость обычного аккумулятора Li-Ion. Например, в Tesla Model S графеновый аккумулятор по сравнению со стандартным увеличил бы пробег с 334 км до 1013 км, обладая утроенной емкостью на килограмм собственного веса. Помимо возросшей емкости и снижения веса, графеновый аккумулятор (на базе обмена Li-Ion) обладает беспрецедентными 3000 циклами перезарядки без наступления деградации и позволяет работать с токами высокой мощности. Да, фокус заключается в простой замене графита двухмерным графеном в ячейке аккумулятора, и начинаются чудеса. И все последние годы я ожидал, когда же эта технология проникнет в область носимой электроники, произведя в ней революцию и наконец-то сделав процесс зарядки смартфона вопросом нескольких минут.

Удивительно, но крупный производитель совсем не торопится. Наверное, только некоторые вспомнят упорные слухи перед выходом Samsung Galaxy S11 о том, что в смартфоне будет установлен графеновый аккумулятор емкостью более 6200 мАч, но чуда не произошло до сих пор. Ситуация смешна еще тем, что некоторые бородатые блогеры отделяют привычные аккумуляторы Li-ion от графеновых, куда делся у них литий из последних, непонятно. Уровень неосведомленности общественности просто поражает. Как бы то ни было, первооткрывателями в мир электрического комфорта, похоже, станут стартапы и производители аксессуаров. Они не смогут производить аккумуляторы для уже выпущенных смартфонов, ведь батарея давно уже стала неотъемлемой частью всего устройства, но вполне могут закрыть нишу носимых зарядных устройств. О таком устройстве и хочется сегодня рассказать, тем более что графеновый прототип попал в руки дотошных обзорщиков и его поведение было изучено в течение пары месяцев. Ниже будет перевод статьи, а потом предлагаю обсудить прочитанное в комментариях. Поверьте, оно того стоит.

Apollo Ultra от Elecjet

Мне нравятся хорошие портативные зарядные устройства — я провожу много времени в пути, поэтому постоянно держать все свои гаджеты заряженными – это привычный кошмар. До недавнего времени у всех моих аккумуляторных батарей была одна большая проблема, они заряжались слишком долго. За несколько лет мы перешли от зарядки 5 Вт в наших мобильных устройствах до более 100 Вт в некоторых смартфонах. В то время как все смартфоны теперь включают в себя ту или иную форму быстрой зарядки, эта технология никогда не применялась в портативных аккумуляторах в части зарядки смартфона. Что хорошего во внешнем аккумуляторе, который заряжается часами и разряжается за несколько зарядов вашего мобильного устройства? Именно в этот момент Elecjet и анонсирует графеновый внешний аккумулятор Apollo Ultra.

Компания Elecjet, только что проданная холдингу Alpine 4, который планирует в конечном итоге добавить производственные площадки в США, хотя мы не уверены, включает ли он этот аккумуляторный блок, вернулась на Indiegogo с продуктом, который устанавливает стандарт для портативных аккумуляторных блоков.

Я использую Elecjet Apollo Ultra уже пару месяцев. У меня нет никакого намерения когда-либо возвращаться к внешним аккумуляторам, которые я использовал раньше. Elecjet Apollo Ultra — это блок питания на 37 Втч (10 000 мАч), который можно заряжать при помощи ЗУ мощностью до 100 Вт и получать на выходе до 87 Вт через порты USB-C и USB-A. Безусловно, моя любимая часть — помимо сверхбыстрой зарядки на входе — это цифровой дисплей, который показывает уровень заряда в процентах. Внешний аккумулятор также имеет сквозную зарядку, поэтому вы можете заряжать устройства во время зарядки самого внешнего аккумулятора.

Большинство внешних аккумуляторов можно заряжать при помощи зарядного устройства мощностью от 15 до 20 Вт, некоторые до 40 Вт, но это самый быстрый внешний аккумулятор, который мне когда-либо приходилось заряжать. Он полностью заряжается (10 000 мАч) за пару часов и готов к работе. Перед тем как использовать Elecjet Apollo Ultra, я использовал беспроводной блок питания Samsung USB-C емкостью 10000 мАч, и мне это нравилось, но теперь он с сожалением смотрит на меня из ящика, в который он переехал. Elecjet Apollo Ultra также заставляет меня думать, что графен — это будущее для более быстрой зарядки традиционных пауэрбанков, хотя и со своим набором ограничений, на которые нам нужно обратить внимание.

В сентябре и октябре этого года я провел почти месяц в больнице и не выжил бы без Elecjet Apollo Ultra. В другой палате, в которой я провел около десяти дней карантина, целый ряд розеток не работали, поэтому я заряжал внешний аккумулятор один или два раза в день и использовал его для зарядки всех своих мобильных устройств. Без быстрой зарядки 100 Вт это было бы невозможно.

Я не могу сосчитать, сколько раз я выходил из дома и брал аккумуляторную батарею только для того, чтобы обнаружить, что она разряжена. Elecjet Apollo Ultra решает эту проблему, поскольку зарядки в течение 10 минут достаточно, чтобы полностью зарядить мой iPhone 13 Pro или Galaxy Z Fold 3 до значительного уровня. Независимо от того, какое устройство я использую, Apollo Ultra гарантирует, что у меня достаточно энергии, чтобы прожить большую часть дня. Этот предсерийный образец, который я использовал, ограничен входной мощностью 87 Вт, поэтому для полной зарядки требуется около 37 минут, но коммерческий образец будет полностью заряжен чуть менее чем за полчаса (27 минут). Любое из этих чисел довольно безумно для емкости 10 000 мАч.

Изображение XDA

Elecjet Apollo Ultra: чего следует опасаться

Порт USB-C, по стандартам, может обеспечивать выходную мощность по линии питания до 65 Вт, а порт USB-A — лишь 18 Вт. Если ваш смартфон поддерживает спецификацию мощности PPS, он может усваивать ток мощностью 68,25 Вт, но независимо от того, какие устройства вы подключили, это не совсем соответствует заявленным Elecjet 87 Вт.  Емкости Elecjet Apollo Ultra всего в 10 000 мАч уже недостаточно для современных реалий. В идеале я бы хотел мощность 55 Втч или даже 70 Втч, что привело бы к большему размеру внешнего аккумулятора, но обеспечило бы запас электричества, которого хватило бы для питания всех устройств, которые мы используем сегодня. Например, Apollo Ultra заряжает мой Macbook Air только на две трети, а зарядка на полной скорости 65 Вт разрядит аккумулятор за 35-40 минут. Это не такая уж и проблема на фоне других внешних аккумуляторов, я еще не был в положении, когда мне нужно зарядиться, а электричество уже закончилось, но, поскольку мы все любим путешествовать, об этом стоит помнить.   Также стоит отметить, что Elecjet имеет не самую лучшую репутацию среди спонсоров краудфандинга. Предыдущие предложения компании часто оставляли без ответов вопросы спонсоров, и были некоторые проблемы с обеспечением качества. Тем не менее, Elecjet Apollo Ultra приятно удивил, и я не сомневаюсь в способности компании выполнить свои обещания по краудфандинговой кампании. Если вы предпочитаете подождать, у компании есть значительный набор продуктов на Amazon, поэтому вы всегда можете дождаться, когда там появится Apollo Ultra.

Elecjet Apollo Ultra устанавливает новый стандарт портативных зарядных устройств

Elecjet Apollo Ultra изменил мои представления о портативном зарядном устройстве. Вместо нескольких светодиодов в устройстве установлен экран, и точность уровня заряда составляет десятую долю процента, а быстрая зарядка стала быстрой на деле, а не на словах. Elecjet Apollo Ultra стоит 65 долларов США для спонсоров Indiegogo, что является одним из самых дорогих портативных зарядных устройств по сравнению с общепринятой ценой. Возьмем, к примеру, мое портативное беспроводное зарядное устройство Samsung — оно заряжается за пару часов, имеет два порта USB-C, такую ​​же емкость (10 000 мАч) и площадку для беспроводной зарядки, а стоит менее 50 долларов США.

Тем не менее, это не слишком дорого, и я без колебаний порекомендую Elecjet Apollo Ultra всем, кто нуждается в новом портативном зарядном устройстве.

Автор Nirave Gondhia

Вместо заключения

Если данный гаджет доберется до прилавков, получит все разрешения по безопасности и гарантию, то цена в 50 долларов США действительно не такая уж и большая. Только представьте себе – внешний аккумулятор заряжается быстрее топовых смартфонов Huawei или Samsung, а потом заряжает их с такой же скоростью, как если бы она заряжались от розетки. Больше никаких заряжаний в течение целой ночи, никаких ограничений. Кому могут понадобиться такие быстрые внешние АКБ больше всего, помимо пользователей электронных гаджетов? Ответ очевиден – армии, флоту, ВВС, пожарным, полиции, медикам и т. д. И это именно то, чем должно заниматься Сколково, благо графена в РФ предостаточно.

Расскажите о своих впечатлениях, хотели бы себе такой быстрый внешний аккумулятор?

Примечание: аналогичный продукт есть и Prestigio. У нас выходил обзор подобного паурэбанка:

В Австралии создали аккумуляторы из алюминия и графена, которые заряжаются в 60 раз быстрее литийионных

Что это такое и почему они так важны?

Среднее время автономной работы смартфона значительно увеличилось за последние несколько лет. Тем не менее, привлекательность лучшего времени автономной работы сохраняется и по сей день, особенно по мере того, как экраны становятся больше, а уникальные форм-факторы, такие как складные, набирают популярность. Разве не было бы здорово, если бы наши телефоны работали два или три полных дня интенсивного использования всего за одну зарядку? А целую неделю? С графеновыми батареями это может быть не такой несбыточной мечтой.

Справочник покупателя: Лучшие портативные блоки питания, которые вы можете купить

Что такое графеновая батарея?

C. Scott Brown / Android Authority

Прежде чем углубляться в тему графеновой батареи, стоит вкратце рассказать, что такое графен и как он работает.

Мы несколько раз писали о графене здесь, в Android Authority . Кажется, что это одна из тех технологий с кучей обещаний, но это постоянно не за горами. В двух словах, графен представляет собой соединение атомов углерода, тесно связанных в гексагональную или сотовую структуру.

Что делает графен таким уникальным, так это то, что эта структура имеет толщину всего в один атомный слой, что делает графеновый лист практически двумерным. Эта двумерная структура обладает очень интересными свойствами, в том числе отличной электро- и теплопроводностью, высокой гибкостью, высокой прочностью и малым весом. Что нас особенно интересует, так это электрическая и теплопроводность, которые на самом деле превосходят медь — один из наиболее часто используемых проводящих металлов.

Графен не только проводит электричество и тепло лучше, чем медь, но и делает это в несколько раз легче.

Когда дело доходит до аккумуляторов, возможности графена можно использовать по-разному. Идеальное использование графена в качестве батареи — это «суперконденсатор». Суперконденсаторы накапливают ток так же, как традиционные батареи, но могут заряжаться и разряжаться невероятно быстро.

Неразгаданная уловка с графеном заключается в том, как экономично массово производить сверхтонкие листы для использования в батареях и других технологиях. Затраты на производство в настоящее время непомерно высоки, но исследования помогают сделать графеновые батареи реальностью. В будущем графен может стать материалом, который заменит литий-ионные батареи, от которых технологическая индустрия так сильно зависит на протяжении десятилетий.

Еще в 2017 году Samsung объявила о прорыве со своим «графеновым шаром», но с тех пор мы ничего больше не слышали. Совсем недавно китайский автопроизводитель GAC представил аккумулятор на основе графена, который можно зарядить до 80% всего за 8 минут. Мы постепенно приближаемся к коммерческой жизнеспособности, но все еще далеки от повсеместного внедрения графеновых батарей. На данный момент композитный графен (с использованием графена для улучшения химических свойств стандартных литий-ионных аккумуляторов) кажется подходящим вариантом.

Графеновые аккумуляторы по сравнению с литий-ионными

Как и в литий-ионных (Li-ion) аккумуляторах, в графеновых элементах используются две проводящие пластины, покрытые пористым материалом и погруженные в раствор электролита. Но хотя их внутреннее устройство очень похоже, эти две батареи обладают разными характеристиками.

Графен обладает более высокой электропроводностью, чем литий-ионные батареи. Это позволяет быстрее заряжать элементы, которые также могут выдавать очень высокие токи. Это особенно полезно, например, для автомобильных аккумуляторов большой емкости или для быстрой зарядки от одного устройства к другому. Высокая теплопроводность также означает, что батареи меньше нагреваются, что продлевает срок их службы даже в таких тесных корпусах, как смартфон.

Графеновые батареи также легче и тоньше современных литий-ионных элементов. Это означает меньшие, более тонкие устройства или большие емкости, не требующие дополнительного места. Мало того, графен обеспечивает гораздо более высокие возможности. Литий-ионный аккумулятор хранит до 180 Втч энергии на килограмм, а графен — до 1000 Втч на килограмм.

Графен обеспечивает в пять раз большую плотность энергии, чем стандартная литий-ионная батарея.

Наконец, графен безопаснее. Несмотря на то, что литий-ионные аккумуляторы имеют очень хорошие показатели безопасности, было несколько серьезных инцидентов, связанных с неисправными продуктами. Перегрев, чрезмерная зарядка и прокалывание могут привести к неуправляемому химическому дисбалансу в литий-ионных батареях, что может привести к возгоранию. Графен намного стабильнее, гибче и прочнее, а также более устойчив к таким проблемам.

Вам не обязательно иметь ни то, ни другое. Литий-ионные батареи могут использовать графен для улучшения характеристик катодного проводника. Они известны как гибриды графена и оксида металла или батареи из композита графена. Гибридные батареи имеют меньший вес, более быстрое время зарядки, большую емкость и более длительный срок службы по сравнению с современными батареями. Первые графеновые батареи потребительского класса представляют собой гибриды, такие как блок питания из композитного графена в видео в начале этой статьи.

Подробнее: Лучшие альтернативы литий-ионным технологиям

Плюсы и минусы графеновых аккумуляторов для смартфонов

Ryan-Thomas Shaw / Android Authority

Смартфоны будущего с графеновыми элементами питания будут демонстрировать преимущества, описанные выше . Телефоны, аккумуляторы и тому подобное могут заряжаться так же быстро или даже быстрее, чем современные технологии быстрой зарядки, представленные на рынке. Срок службы батареи также должен легко длиться день или два, если не дольше, и устройства могут быть тоньше и легче, чем сейчас.

Переход на графен может обеспечить 60% или более емкости по сравнению с литий-ионным аккумулятором того же размера. В сочетании с лучшим рассеиванием тепла более холодные батареи также продлят срок службы устройства. Вам не нужно будет платить за дорогостоящую замену батареи через пару лет, чтобы ваши старые устройства работали в отличном состоянии.

Не пропустите: Как продлить срок службы аккумулятора вашего телефона Android

Графеновые аккумуляторы позволят сделать смартфоны тоньше или увеличить емкость аккумулятора, сохранив их нынешние пропорции. Есть также интересные последствия для быстрой зарядки от устройства к устройству. С батареями, способными выдерживать очень высокие токи и молниеносно быстрым временем перезарядки и разрядки, гаджеты могут заряжать друг друга на сверхбыстрых скоростях.

Единственным существенным недостатком технологии является то, что массовое производство непомерно дорого и чрезвычайно сложно, что делает ее недоступной для подавляющего большинства приложений. Тем не менее, технология графеновых аккумуляторов — заманчивая перспектива для будущих смартфонов, гаджетов, электромобилей и многого другого. К счастью, продукты из гибридного графена уже существуют и должны стать еще более распространенными и доступными в ближайшие месяцы и годы. Графен — это определенно технология, за которой стоит следить.

Графеновые батареи: Введение и новости рынка

Графен и батареи

Графен, лист атомов углерода, связанных вместе в виде сотовой решетки, получил широкое признание как «чудесный материал» благодаря множеству удивительных свойств. это держит. Это мощный проводник электрической и тепловой энергии, чрезвычайно легкий, химически инертный и гибкий с большой площадью поверхности. Он также считается экологически чистым и устойчивым, с неограниченными возможностями для многочисленных применений.

Преимущества графеновых аккумуляторов

В области аккумуляторов традиционные материалы аккумуляторных электродов (и перспективные) значительно улучшаются при добавлении графена. Графеновая батарея может быть легкой, прочной и подходящей для хранения энергии большой емкости, а также сокращать время зарядки. Это продлит срок службы батареи, что отрицательно связано с количеством углерода, нанесенного на материал или добавленного к электродам для достижения проводимости, а графен увеличивает проводимость, не требуя количества углерода, которое используется в обычных батареях.

Графен может различными способами улучшить такие характеристики батареи, как плотность энергии и форма. Литий-ионные аккумуляторы (и другие типы перезаряжаемых аккумуляторов) могут быть улучшены за счет введения графена в анод аккумулятора и использования проводимости материала и характеристик большой площади поверхности для достижения морфологической оптимизации и производительности.

Также было обнаружено, что создание гибридных материалов также может быть полезно для усовершенствования аккумуляторов. Гибрид оксида ванадия (VO ² ) и графен, например, могут использоваться на литий-ионных катодах и обеспечивают быструю зарядку и разрядку, а также длительный цикл зарядки. В этом случае VO ² обладает высокой энергоемкостью, но плохой электропроводностью, что можно решить, используя графен в качестве своего рода структурной «основы», к которой можно прикрепить VO ² , создавая гибридный материал, который обладает как повышенной емкостью, так и отличной проводимостью.

Другим примером являются аккумуляторы LFP (литий-железо-фосфатные), представляющие собой перезаряжаемые литий-ионные аккумуляторы. У него более низкая плотность энергии, чем у других литий-ионных аккумуляторов, но более высокая удельная мощность (показатель скорости, с которой энергия может поставляться аккумулятором). Усиление катодов LFP графеном позволило батареям быть легкими, заряжаться намного быстрее, чем литий-ионные батареи, и иметь большую емкость, чем обычные батареи LFP.

В дополнение к революции на рынке аккумуляторов, комбинированное использование графеновых аккумуляторов и графеновых суперконденсаторов может привести к потрясающим результатам, таким как упомянутая концепция увеличения запаса хода и эффективности электромобиля. Несмотря на то, что графеновые батареи еще не получили широкого распространения, во всем мире сообщается о прорывах в области аккумуляторов.

Основные сведения о батареях

Батареи служат мобильным источником питания, позволяя электрическим устройствам работать без прямого подключения к розетке. Несмотря на то, что существует много типов батарей, основная концепция их работы остается одинаковой: один или несколько гальванических элементов преобразуют накопленную химическую энергию в электрическую. Аккумулятор обычно состоит из металлического или пластикового корпуса, содержащего положительную клемму (анод), отрицательную клемму (катод) и электролиты, которые позволяют ионам перемещаться между ними. Сепаратор (проницаемая полимерная мембрана) создает барьер между анодом и катодом для предотвращения электрических коротких замыканий, а также позволяет транспортировать ионные носители заряда, необходимые для замыкания цепи во время прохождения тока. Наконец, коллектор используется для передачи заряда вне батареи через подключенное устройство.

Когда цепь между двумя клеммами замыкается, батарея вырабатывает электричество в результате ряда реакций. Анод подвергается реакции окисления, при которой два или более ионов из электролита соединяются с анодом, образуя соединение, высвобождающее электроны. В то же время на катоде происходит реакция восстановления, при которой вещество катода, ионы и свободные электроны объединяются в соединения. Проще говоря, реакция на аноде производит электроны, а реакция на катоде поглощает их, и в результате этого процесса вырабатывается электричество. Батарея будет продолжать производить электричество до тех пор, пока в электродах не закончится необходимое вещество для создания реакций.

Типы батарей и их характеристики

Батареи делятся на два основных типа: первичные и вторичные. Первичные батареи (одноразовые) используются один раз и приходят в негодность, так как материалы электродов в них необратимо изменяются в процессе зарядки. Типичными примерами являются угольно-цинковые батареи, а также щелочные батареи, используемые в игрушках, фонариках и множестве портативных устройств. Вторичные батареи (перезаряжаемые) можно разряжать и перезаряжать несколько раз, поскольку первоначальный состав электродов способен восстановить функциональность. Примеры включают свинцово-кислотные батареи, используемые в транспортных средствах, и литий-ионные батареи, используемые в портативной электронике.

Батарейки бывают разных форм и размеров для самых разных целей. Различные типы батарей имеют различные преимущества и недостатки. Никель-кадмиевые (NiCd) батареи имеют относительно низкую плотность энергии и используются там, где ключевыми факторами являются длительный срок службы, высокая скорость разряда и экономичная цена. Среди прочего, их можно найти в видеокамерах и электроинструментах. NiCd аккумуляторы содержат токсичные металлы и не наносят вреда окружающей среде. Никель-металлогидридные батареи имеют более высокую плотность энергии, чем никель-кадмиевые, но и более короткий срок службы. Приложения включают мобильные телефоны и ноутбуки. Свинцово-кислотные аккумуляторы тяжелые и играют важную роль в приложениях большой мощности, где важен не вес, а экономическая цена. Они широко используются в больничном оборудовании и аварийном освещении.

Литий-ионные (Li-ion) батареи используются там, где важны высокая энергия и минимальный вес, но технология хрупкая и для обеспечения безопасности требуется схема защиты. Приложения включают мобильные телефоны и различные виды компьютеров. Литий-ионно-полимерные (литий-ионные полимерные) аккумуляторы в основном используются в мобильных телефонах. Они легкие и имеют более тонкую форму, чем литий-ионные аккумуляторы. Они также обычно более безопасны и имеют более длительный срок службы. Однако они кажутся менее распространенными, поскольку литий-ионные батареи дешевле в производстве и имеют более высокую плотность энергии.

Батареи и суперконденсаторы

Хотя существуют определенные типы батарей, способных хранить большое количество энергии, они очень большие, тяжелые и медленно выделяют энергию. Конденсаторы, с другой стороны, способны быстро заряжаться и разряжаться, но содержат гораздо меньше энергии, чем батарея. Однако использование графена в этой области открывает захватывающие новые возможности для хранения энергии с высокими скоростями заряда и разряда и даже экономической доступностью. Таким образом, улучшенная производительность графена стирает традиционную грань различия между суперконденсаторами и батареями.

Графеновые аккумуляторы сочетают в себе преимущества как аккумуляторов, так и суперконденсаторов

Аккумуляторы на основе графена почти готовы

Аккумуляторы на основе графена обладают захватывающим потенциалом, и, хотя они еще не полностью доступны для коммерческого использования, ведутся интенсивные исследования и разработки, которые, как мы надеемся, дадут результаты в будущем. будущее. Компании по всему миру (в том числе Samsung, Huawei и другие) разрабатывают различные типы аккумуляторов с графеновым усилением, некоторые из которых сейчас выходят на рынок.