logo1

logoT

 

Графитовый аккумулятор


Ученые создали аккумулятор из графена, который заряжается в 60 раз быстрее обычного

Такая батарейка более безопасна для экологии и здоровья, а также стоит в разы дешевле литий-ионных аналогов.

Related video

Ученым, работающим в компании Graphene Manufacturing Group (Брисбен, Австралия) удалось создать графеновые алюминиево-ионные аккумуляторы, которые заряжаются до 60 раз быстрее, чем литий-ионные, а разряжаются в 3 раза медленнее.

Об этом сообщает издание forbes.com.

Ученые утверждают, что новый тип батарей более безопасен, потому как не имеет верхнего предела в амперах, вызывающего самопроизвольный перегрев, более экологичен и легче утилизируются. Тестирование также показало, что аккумуляторы типа "таблетка" служат в три раза дольше, чем аналогичные литий-ионные.

GMG планирует вывести на рынок алюминиево-ионные графеновые аккумуляторны в конце этого или в начале следующего года, а выпуск модификаций для электромобилей запланирован на начало 2024 года.

Созданные на основе нанотехнологии, разработанной в Австралийском институте биоинженерии и нанотехнологий Квинслендского университета (UQ), новые батареи работают за счет атомов алюминия интегрированных в крошечные отверстия графеновых пластин. Во время испытаний ученые пришли к выводу, что такие ячейки имеют "выдающуюся производительность (149 мАч г-1 при 5 А г-1), превосходящую все ранее описанные катодные материалы AIB". По словам управляющего директора GMG Крейга Николя, именно благодаря сочетанию графена и алюминия делает батареи самыми мощными, надежными и быстро заряжающимися. Например, "таблетка" полностью заряжается менее чем за 10 секунд.

Составляющие графеновой батарейки

Утверждается, что новинка способна обеспечивать гораздо большую удельную мощность, чем привычные литий-ионные батареи, не имеет проблем с охлаждением и перегревом. Также для их создания не нужны дорогостоящие редкоземельные металлы.

"Пока проблем с температурой нет. Высока вероятность, что нам вообще не понадобится охлаждать эти аккумуляторы. Это поможет экономить до 20% энергии, которую литий-ионные автомобильные батареи тратят на охлаждение. Да и при низких температурах они тоже хорошо работали", — заявил Николь.

Крейг Николь считает, что в скором времени начнется массовое производство графеновых батарей. По размерам они будут подходить к любым уже существующим устройствам и электромобилям.

"Они будут той же формы и напряжения, что и нынешние литий-ионные элементы, или мы сможем придать им любую форму, которая потребуется", — подтвердил он.

Разработками в этой области занимаются Китайский технологический университет Даляня и Университет Небраски, Корнельский университет, Университет Клемсона, Университет Мэриленда, Стэнфордский университет, Департамена полимеров Чжэцзянского университета и промышленный консорциум European Alion. Однако в GMG не боятся конкуренции, потому что используют графен, полученный с помощью собственной плазменной технологии, а не из традиционных источников графита, и в результате плотность энергии аккумулятора от GMG в три раза превышает плотность энергии графеновой батареи, созданной в Стэнфордском университете. Сравните: алюминий-ионная стэнфордская технология с применением природного графита обеспечивает мощность 41,2 — 68,7 Вт/кг, в то время как устройство GMG обеспечивает мощность до 3000 Вт/кг. А все благодаря тому, что австралийские ученые нашли способ проделывать дыры в графене (т.е. создавать ячейки) с тем, чтобы помещать в них атомы алюминия как можно ближе друг к другу. За счет этого графен становится очень плотным и в итоге становится обладателем отличных электрохимических характеристик.

"Этот материал — SPG3-400, — демонстрирует исключительную обратимую емкость (197 мАч г-1 при 2 А г-1) и выдающуюся производительность", — заключил Крейг Николь.

Принцип работы новой технологии

Алюминиево-ионная технология имеет существенные преимущества и недостатки по сравнению с литий-ионной аккумуляторной технологией, которая сегодня используется почти в каждом электромобиле. Когда элемент перезаряжается, ионы алюминия возвращаются к отрицательному электроду и могут обмениваться тремя электронами на ион вместо ограничения скорости лития, равного только одному. Кроме того, использование ионно-алюминиевых элементов дает огромное геополитическое, ценовое, экологическое преимущество, поскольку в них практически не используются какие-либо экзотические материалы.

"90% закупок лития для международного производства осуществляется в Китае, а 10% — в Чили. Но с появлением новой технологии, у нас есть все необходимые материалы прямо здесь, в Австралии, что значительно удешевляет производство", — пояснил Николь.

GMG пока не заключила договоров о поставках с крупными производителями, однако в компании надеются, что их разработка понравится известным мировым брендам, таким как Apple. "Представьте только, что iPhone можно будет зарядить в считанные за секунды", — говорит директор компании.

В планах вывести на рынок батарейку-таблетку. Она будет стоить дешевле литий-ионных батареек, потому как литий подорожал с 1460 долларов США за метрическую тонну в 2005 году до 13 000 долларов США за тонну в 2021 году, в то время как цена на алюминий выросла с 1730 долларов США до 2078 долларов США за тот же период. Также алюминий безопаснее: родители могут не переживать, если ребенок вдруг проглотит графеновую батарейку, ведь алюминий не смертелен, в отличие от лития. .

Ранее мы сообщали о том, что шведские ученые изобрели невесомый аккумулятор из карбона. Батарея нового типа сможет качественно изменить гаджеты и электротранспорт.

Создан аккумулятор, способный работать без подзарядки сотни лет

Техника

|

Поделиться

    В Японии разработан аккумулятор на основе синтетических алмазов и радиоактивных изотопов. Одного его заряда хватает на сотни лет, и создатели предлагают использовать его в мощных буровых установках и космическом оборудовании. Но такие АКБ еще не могут похвастаться высокой удельной мощностью, и о серийном их производстве разработчики пока не задумываются.

    «Бриллиантовые» японские аккумуляторы

    Специалисты Национального института материаловедения Японии (National Institute of Materials Science, NIMS) разработали аккумулятор, работающий на одном заряде сотни лет. По информации Nikkei Asian Review, такой элемент питания состоит из трех основных элементов, два из которых радиоактивные.

    Основной компонент нового японского аккумулятора – это алмаз, но не натуральный, добываемый в карьерах, а синтетический. Такие алмазы создаются в лабораторных условиях, имеют параметры, схожие с природными, но стоят в десятки раз дешевле, что позволяет широко применять их в различных областях.

    Два других компонента – это изотопы углерода и никеля с длительным периодом полураспада. Так, для углерода-14 он составляет 5700 лет, а для никеля-63 – 100 лет. Использование обоих материалов и позволяет батарее работать сотнями лет.

    Принцип действия

    Синтетический алмаз в батарее, предложенной японскими учеными, используется в качестве электродов. Этот материал начинает вырабатывать электричество под воздействием бета-излучения от изотопов углерода и никеля, а чтобы защитить окружающую среду от радиоактивного загрязнения, батарея имеет металлическую защитную оболочку, выполненную из алюминия или другого металла. Батареи подобного плана называют «бета-гальваническими».

    Прототип своей батареи японцы демонстрировать не стали

    Ученые разработали рабочий прототип такого аккумулятора, но до серийного производства нового типа АКБ пока еще очень далеко, поскольку им еще нужно решить проблему низкой удельной мощности, генерируемой их изобретением. На момент публикации материала она измерялась даже не в милливаттах – созданная в NIMS батарея вырабатывала лишь 1 микроватт мощности, то есть одну миллионную ватта.

    Повышенная экологичность

    Недостаточная удельная мощность – главный недостаток аккумулятора, созданного в стенах NIMS, тогда как основных достоинств у него два. Первое – это способность питать энергией потребителя в течение сотен лет, а второе – это возможность создавать такие АКБ из отработанных стержней ядерных реакторов.

    На поверхности таких графитовых стержней в изобилии присутствует углерод-14 – тот самый изотоп, который японцы предлагают использовать в своей батарее. Этот углерод в больших количествах может быть получен при демонтаже отработанных стержней, и над этим вопросом с 2020 г. работают специалисты Управления по атомной энергии и Бристольского университета Великобритании. Конкретные планы по производству сырья для алмазных батарей из отработанных графитовых стержней они пока не озвучивают.

    Сферы применения

    В настоящее время человечество активно использует сравнительно небольшие ядерные источники энергии. Например, такие источники на основе плутония применяются в космических аппаратах, вырабатывая относительно большое количество электроэнергии.

    Александр Губинский, Самараавтожгут: Как мы получали грант на внедрение компьютерного зрения

    Поддержка ИТ-отрасли

    Батареи на основе электродов из синтетических алмазов с конструкцией, разработанной в NIMS, пока не способны вырабатывать столько же электричества, но зато обладают высокой термостойкостью и имеют более простую конструкцию. «Они могут работать даже при высоких температурах, и их можно использовать, в частности, в космическом оборудовании и машинах для разведки полезных ископаемых», - сказал Сатоши Коидзуми (Satoshi Koizumi), один из разработчиков алмазной батареи и сотрудник NIMS.

    Алмазные аккумуляторы наоборот

    Пока японские ученые экспериментируют с аккумуляторами на алмазных электродах в радиоактивной среде, их конкуренты из американской компании Nano Diamond Battery разрабатывают АКБ на искусственных алмазах, работающую по прямо противоположному принципу. В августе 2020 г. они рассказали, что создают элемент питания, в котором тоже используются изотопы, но их вырабатывает радиоактивный сердечник, тогда как синтетический алмаз выступает в качестве оболочки, защищающей окружающую среду от вредного радиоактивного излучения.

    Сердечник, по словам представителей Nano Diamond Battery, они планируют изготавливать из переработанных ядерных отходов, но не уточняют, из каких именно. Батареи, разработанные ими, могут быть выполнены в любом из современных форматов – АА, 18650, CR2032 и др. , а срок их службы может достигать 28 тыс. лет. Специалисты компании провели ряд лабораторных испытаний таких АКБ, и, по их мнению, первые их версии, пригодные для повседневного использования, могут появиться в течение двух лет.

    Россия не отстает

    В России тоже работают над созданием бета-гальванического элемента питания, и его прототип еще в августе 2020 г. был разработан специалистами НИТУ «МИСиС». Его конструкция базируется на микроканальной 3D-структуре никелевого бета-гальванического элемента – здесь радиоактивный элемент наносится с двух сторон так называемого планарного p-n перехода, что позволяет упростить технологию изготовления элемента, а также контролировать обратный ток, который «крадет» мощность батареи. Особая микроканальная структура обеспечивает увеличение эффективной площади преобразования бета-излучения в 14 раз, что в результате дает общее увеличение тока.

    Разработка НИТУ «МИСиС»

    Российская батарейка может генерировать энергию в течение 20 лет. За счет оригинальной 3D-структуры бета-гальванического элемента ее размеры, по словам разработчиков, уменьшились втрое, удельная мощность повысилась в 10 раз, а себестоимость снизилась на 50%.

    Мобильное приложение как главная точка формирования клиентского опыта

    ПО

    Батарейка может быть применена в нескольких функциональных режимах: в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, используемых при экстремальных температурах и в труднодоступных (или совсем не доступных) местах: в космосе, под водой, в высокогорных районах.

    • В каком ЦОД разместить оборудование Colocation? Найти ответ на ИТ-маркетплейсе Market.CNews

    Эльяс Касми


    Аккумуляторам

    EV нужен графит – вот прогноз поставок

    Минеральный графит, используемый в качестве анодного материала, является важной частью литий-ионных (Li-on) аккумуляторов. Electrek поговорил с Джоном ДеМайо, президентом подразделения графена группы Graphex и генеральным директором Graphex Technologies. Читайте дальше, чтобы узнать, что он должен был сказать о том, почему графит так важен для электромобилей, что его компания делает для наращивания поставок и переработки в США, а также какие поставки графита ожидаются в ближайшие пару лет.

    Electrek : Почему графит так важен для производителей аккумуляторов для электромобилей?

    Джон ДеМайо: Аккумуляторы EV состоят из четырех основных компонентов: анода, катода, электролита и сепаратора. Хотя большое внимание уделяется материалам катода — литию, никелю, кобальту, марганцу и т. д. — преобладающим материалом анода, используемым практически во всех батареях для электромобилей, является графит.

    В целом литий-ионные аккумуляторы для электромобилей содержат около 28% графита по весу. Как чрезвычайно эффективный проводник и легкодоступный материал, графит особенно подходит для литий-ионных аккумуляторов, поскольку пространства в кристаллической решетке графита подходят для размещения ионов лития для накопления энергии в заряженном аккумуляторе. как интеркаляция. Поэтому, если производители аккумуляторов для электромобилей хотят удовлетворить растущий спрос на электромобили, важное значение имеет надежный и обильный запас специализированного графита.

    Electrek : Чем занимается ваша компания Graphex и какова ее стратегия по расширению добычи и переработки графита?

    Джон ДеМайо: Graphex выполняет промежуточную переработку природного графита в специализированный графит, используемый в батареях электромобилей. Исторически сложилось так, что 70–80% природного графита, используемого в батареях для электромобилей, поступает из Китая, и почти вся промежуточная переработка графита осуществляется в Китае/Азии.

    Graphex является крупным поставщиком очищенного сферического графита с покрытием с 2013 года, главным образом на рынках силовых аккумуляторов в Китае. В 2021 году Graphex создала дочернюю компанию для локализации поставок графита для производства аккумуляторов для электромобилей в США.

    Мы производим неизменно высококачественный и большой объем анодного материала для батарей из любого квалифицированного источника необработанного чешуйчатого графита. Чтобы сократить перебои в цепочке поставок и смягчить геополитические опасения, мы ведем переговоры о закупочных соглашениях и создании совместных предприятий с источниками природного графита в США, Канаде, Южной Америке, Африке и Европе.

    Наши недавние объявления о листинге на Нью-Йоркской фондовой бирже и открытии завода в Уоррене, штат Мичиган, наряду с нашими планами по диверсификации поставок сырья, помогут обеспечить местную цепочку поставок анодов для рынка США.

    Electrek : Как переработка графита в США решает проблемы цепочки поставок?

    John DeMaio: Аналитики рынка ожидают, что в течение следующих трех лет в США будет введено в эксплуатацию более 200 ГВтч литий-ионных аккумуляторов для электромобилей. Если предположить, что каждый автомобиль будет питаться от батареи емкостью 60 кВтч, этого будет достаточно для производства 3,3 миллиона автомобилей в год. При таких темпах промышленность будет потреблять около 172 000 тонн графита в год, включая природный и синтетический материал, для производства анодов литий-ионных аккумуляторов.

    Ключ к смягчению проблем с цепочками поставок — как того требует отрасль и что отражено в большей части законодательной направленности администрации Байдена — заключается в том, чтобы одомашнивать как можно большую часть цепочки поставок. Локализация всей этой цепочки не произойдет в одночасье, поэтому это необходимо делать разумно, реалистичными шагами и при поддержке промышленности и правительства.

    В области природного графита цепочка поставок начинается с добычи, затем первичной обработки (формование и очистка), затем окончательной обработки (покрытия) для поставки аккумуляторов и производства электромобилей.

    Предприятия конечной обработки, подобные тому, о котором объявила Graphex в Уоррене, могут быть подключены к сети относительно быстро и расположены рядом с точкой использования, т. основным продуктом автомобилестроения на протяжении десятилетий. Предприятия первичной обработки могут быть совмещены с предприятиями окончательной обработки или расположены ближе к источникам, т. е. к руднику (шахтам), которые затем могут поддерживать несколько предприятий окончательной обработки.

    Сами рудники, по определению, должны быть расположены там, где существует сырье, поэтому с точки зрения локализации поставок необработанного графита в США ближайший географически источник находится в Алабаме (еще не в сети), за ней следует Канада (минимальное производство до 2024-2024 гг.). 25), затем Бразилия (некоторое текущее производство, больше запланировано), Мозамбик (в настоящее время производство), Танзания, Мадагаскар и другие потенциальные места в Африке (планируется).

    Промышленность быстро движется к достижению цели более локальной цепочки поставок критически важных материалов, таких как графит, но с чрезвычайно высоким и растущим спросом путь вперед будет состоять из комбинации существующих потоков и новых потоков по мере их появления в сети.

    Electrek : Осуществился ли глобальный дефицит графита в этом году, как предсказывал Benchmark Mineral Intelligence? Если да, то почему? Если нет, то как этого удалось избежать?

    John DeMaio: Текущая динамика цен на сырой чешуйчатый графитовый концентрат указывает на то, что картина спроса и предложения ужесточается, но это еще не отражает сценарий дефицита. Это примерно на 20% больше, чем год назад. Хотя это представляет собой премию по сравнению с прошлым годом, оно не отражает волатильности цен, связанной с дефицитом товарного производства.

    Существует несколько микро- и макроэкономических факторов, которые повышают стабильность цен на графит. Во-первых, графит не торгуется на товарных биржах, что делает его более устойчивым к спекуляциям. Во-вторых, на рынок поступают новые поставки графита, особенно за пределами Китая. В-третьих, проблемы с цепочками поставок полупроводников привели к тому, что некоторые «лежачие полицейские» ускорили агрессивное развертывание электромобилей.

    В то время как предложение адекватно удовлетворяет текущий спрос, Benchmark Mineral Intelligence в настоящее время прогнозирует значительный дефицит сырого чешуйчатого графитового концентрата с 2025 года. По данным Benchmark Mineral Intelligence, опубликованным в марте, крупнейшая горнодобывающая компания Minmetals планирует расширить свои мощности в Хэйлунцзяне до 600 000 тонн в год.

    Тем не менее, новые поставки графита должны быть быстро введены в эксплуатацию, чтобы удовлетворить необходимый спрос на электромобили и особенно источники, расположенные ближе к гигафабрикам и автопроизводителям. Решая эту задачу, мы начинаем видеть, как начинающие горняки активно планируют новое производство графита, и мы ожидаем, что в ближайшие три года в Канаде, Бразилии и по всей Африке будет произведено значительное количество новых объемов производства графита.

    Подробнее: Графит будет в дефиците с 2022 года — вот что нужно сделать производителям аккумуляторов для электромобилей, чтобы получить критически важный минерал


    Джон ДеМайо — президент подразделения Graphene компании Graphex Group Limited и генеральный директор Graphex Technologies LLC с более чем 35-летним опытом исполнительного руководства и оперативного управления в энергетическом и инфраструктурном секторах. Он отвечает за расширение графитового бизнеса в США и Европе.

    ДеМайо занимал следующие должности: президент, генеральный директор и член совета директоров JouleSmart Solutions, генеральный директор Siemens Smart Infrastructure, вице-президент MWH Global, главный операционный директор Thompson Solar Technologies и генеральный директор подразделения SPG Solar. Он имеет степень бакалавра в области гражданской и экологической инженерии Корнельского университета.


    UnderstandSolar — это бесплатная служба, которая связывает вас с лучшими установщиками солнечных батарей в вашем регионе для получения персонализированных оценок солнечной энергии. Tesla теперь предлагает сопоставление цен, поэтому важно делать покупки по лучшим ценам. Нажмите здесь, чтобы узнать больше и получить цитаты. — *объявление .

    FTC: Мы используем автоматические партнерские ссылки, приносящие доход. Подробнее.

    Будьте в курсе последних событий, подписавшись на Electrek в Новостях Google. Вы читаете Electrek — экспертов, которые день за днем ​​сообщают новости о Tesla, электромобилях и экологически чистой энергии. Обязательно заходите на нашу домашнюю страницу, чтобы быть в курсе всех последних новостей, и подписывайтесь на Electrek в Twitter, Facebook и LinkedIn, чтобы оставаться в курсе событий. Не знаете, с чего начать? Посетите наш канал YouTube, чтобы быть в курсе последних обзоров.

    Почему графит может играть ключевую роль в новом поколении энергетических рынков

    Эми Беннетт из Fastmarkets рассказывает о важности графита в качестве материала для аккумуляторов при переходе на энергию и перспективах рынка графита в 2023 году

    Мы поговорили с Эми Беннетт, главным консультантом Fastmarkets, о ключевых факторах рынок графита. Она устраняет дисбаланс между спросом и предложением на рынке аккумуляторных материалов, поскольку более высокие цены, как ожидается, будут способствовать увеличению инвестиций в космос, а также то, что это означает для индустрии электромобилей (EV).

    Посмотрите полное видеоинтервью, записанное в конце июля 2022 года, или прочтите ниже основные выводы и дополнительную информацию Эми о перспективах графита на 2023 год.

    Почему графит является таким ключевым материалом для энергетического перехода? Какую роль это играет?

    Графит играет ключевую роль во всей этой истории энергетического перехода, главным образом из-за его роли в области литий-ионных аккумуляторов электромобилей. Графит является самым крупным компонентом литий-ионной батареи, причем около половины литий-ионной батареи состоит из графита. Графит является основным сырьем для изготовления анодов аккумуляторов, при этом почти все аноды аккумуляторов электромобилей состоят из 100 % графита. До сих пор большая часть интереса в отрасли была сосредоточена на литиевой, никелевой и кобальтовой стороне сектора, и это действительно то, что составляет катод, который является другой половиной батареи.

    В чем разница между синтетическим и природным графитом? Как используется каждый?

    Как следует из названия, природный графит представляет собой добытый графит, который затем перерабатывается в конечный продукт, который можно использовать в аккумуляторной промышленности. Природный графит в основном добывается в Китае и Мозамбике. Синтетический графит - это более промышленный продукт, производимый с использованием продукта-предшественника углерода, обычно нефтяного кокса, игольчатого кокса или каменноугольного пека, и превращаемый в графит с помощью процесса, называемого графитацией.

    Мы ожидаем, что как натуральный, так и синтетический графит со временем будут широко использоваться. Тем не менее, мы ожидаем увеличения потребления природного графита, чтобы отразить экономическое преимущество использования природного графита, а также в то же время преодолеть некоторые из соображений ESG.

    Какое влияние окажут проблемы с жесткой цепочкой поставок на энергетический переход и спрос на электромобили?

    В среднесрочной и долгосрочной перспективе мы столкнемся со значительной нехваткой поставок многих из этих критически важных материалов для аккумуляторов, включая графит. Однако мы не ожидаем, что этот дефицит предложения действительно нарушит феноменальный рост, который мы наблюдаем в отрасли аккумуляторов для электромобилей. Вместо этого мы ожидаем, что более высокие цены будут способствовать увеличению инвестиций в космос с точки зрения новых инвестиций в графит и альтернативные технологии.

    Тем не менее, мы думаем, что в отрасли электромобилей произойдут некоторые корректировки, поскольку OEM-производители понимают, что, возможно, нам нужно использовать батареи меньшего размера, чтобы сохранить некоторые из этих материалов. Мы также, вероятно, увидим увеличение зарядных мощностей, чтобы справиться с этими батареями меньшего размера, а также другие методы поддержания количества производимых электромобилей при минимизации потребления сырья.

    Каковы перспективы графита в 2023 году?

    Надвигающаяся нехватка графита, вызванная феноменальным ростом спроса со стороны сектора аккумуляторов для электромобилей и задержками с вводом новых мощностей, а также ростом цен на электроэнергию, стремлением новых участников разрабатывать возобновляемые источники энергии и необходимостью соответствовать все более строгим экологическим требованиям.


    Learn more

     ico 3M  ico armolan  ico suntek  ico llumar ico nexfil ico suncontrol jj rrmt aswf