Grafen wchodzi do gry w bateriach dla samochodów elektrycznych

Zespół naukowców z Lawrence Berkeley National Laboratory buduje akumulator do pojazdów elektrycznego o zasięgu 480km. Jak twierdzą jest on niemalże na ukończeniu. Dzięki unikalnej kombinacji różnych technologiach elektrochemicznych, w tym nowego materiału o nazwie „sulfur-graphene oxide” S-GO.

Grafen na ratunek …

Bateria grafenowa „S-GO” powstała w zakładach Berkeley Lab w celu wykorzystania jej w nowej generacji ogniw dla samochodów elektrycznych „EV”, oparty na technologii litowo-siarkowej.

Bateria grafenowa S-GO

Siarka ma kilka kluczowych zalet w stosunku do konwencjonalnych technologii akumulatorów litowo-jonowych. Są nimi np. pojemność (znacznie większa), toksycznośc (brak), koszty (mniejsze) oraz masa (mniejsza), niestety jest również bardzo krucha. Istotą problemu jest to, że siarka jest zazwyczaj rozpuszczalna w rozpuszczalnikach organicznych użytkowanych w tradycyjnych bateriach. Proces ten tworzy jony polisulfid, które mogą dostać się do anody litu i ponownie umocnić ją jako osad, tworząc barierę, która zakłóca pojemność. Powoduje to, że typowe prototypy litowo-siarkowe nie mogą trwać dłużej niż kilkanaście cykli ładowania-doładowania, nie tracąc swojej zdolności do przechowywania ładunku.

Rozwiązaniem Berkeley Lab było opracowanie nanomateriału składającego się z małych cząstek płatków grafenu pokrytych siarką, nazwanej „S-GO”. Pracownik Allan Chen z Berkeley Lab opisał to tak: „S-GO” charakteryzuje się dużymi porowatymi powierzchniami, co pozwala na bardziej „intymny kontakt elektroniczny” z siarką przy jednoczesnym ograniczeniu utraty kontaktu z kolektorem prądu elektrody.

Kiedy stosowany jako materiał katody w baterii litowo-siarkowej, „S-GO” wiąże się z litem podczas rozładunku i uwalnia go z powrotem do anody w czasie ładowania. Tymczasem „S-GO” rozwiązuje kilka innych kluczowych kwestii, w tym ogromnego wybrzuszenia, które kłopotoało technologie litowo-siarke. Grafen nadaje element elastyczności, który umożliwia „S-GO”, poradzenie sobie ze wzrostem objętości siarki do 76 procent podczas przekształcania się w siarczek litu podczas rozładowania.

Lepszy zasięg baterii dla EV poprzez elektrochemiczny tandem. Teraz rzućmy okiem na to jak katoda „S-GO” współpracuje z innymi technologiami elektrochemicznymi EV, rozszerzając zakres baterii w baterii litowo-siarkowej. Oprócz znacznie ulepszonej wydajności katody, nowe baterie wspierają takie gadżety jak spoiwa (wzmocnione kauczukiem w połączeniu z zagęstnik), które zwiększają moc. Aby poradzić sobie z problemem polisiarczkowym, zespół wykorzystał powłokę z cetylo-trimetyloamonianiu-bromeku-amonu (powierzchniowo czynnego stosowanego w systemach dostarczania leków) na elektrodzie siarki.

Również pomocą w rzeczy polisulfidów był nowy elektrolit oparty na cieczy jonowej, opracowany w laboratorium w Berkeley (ciecze jonowe są nielotne oraz niepalne). Nowa ciecz jonowa zapewnia ogromny wzrost tempa pracy akumulatora, zwiększając jednocześnie szybkość ładowania i dostarczania energii w czasie rozładowania.

Oto wynik jak donosi profesjor Chen z Barkley:

Bateria początkowo wykazała szacunkową energię komórki większą niż 500 Wh / kg i utrzymywała się na poziomie > 300 Wh / kg po 1000 cyklach – o wiele więcej niż w obecnie dostępnych komórek litowo-jonowe, których obecnne parametry to średnio około 200 Wh / kg. Taki wynik pozwala na osiągnięcie zamierzonego celu zasięgu samochodu elektrycznego – 480 km. Aby pojazdy elektryczne miały zasięg 480 km, akumulator powinien dostarczyć konkretną energię uzyskiwaną z komórek – 350 do 400 Wh / kg. Wymagać to będzie niemal dwukrotnie większej energii (około 200 Wh / kg) w stosunku do obecnych akumulatorów litowo-jonowych. Bateria także musi mieć co najmniej 1000, a najlepiej 1500 cykli ładowania/rozładowania bez objawów zauważalnej straty mocy lub utraty zdolności magazynowania energii.

Kolejne etapy obejmują zwiększenie wykorzystania siarki, utrzymując wydajność w ekstremalnych warunkach, oraz oczywiście skalowanie wielkości. Na koniec. Jeśli są jacyś partnerzy z sektora prywatnego, którzy chcieli by współfinansować badania i rozwój to laboratorium Berkeleya z chęcią nawiąże współpracę. Pamiętaj, Grafen to cudowny materiał nowego tysiąclecia.

Źródło: http://cleantechnica.com/2013/11/20/graphene-boosts-ev-battery-range-to-magic-300-mile-number/

Ta elektronika z grafenową baterią wbudowaną w silkonowy chip, zmieni świat.

Wyobraź sobie przyszłość bez baterii . Ale w tej samej przyszłości , twój telefon ładuje się w kilka minut pozostąc naładowanym przez tygodnie (posiadając baterię grafenową). Dzięki pierwszej na świecie super komórce krzemowej zbudowanej z grafenu, ta wizja przyszłości może być już realna niebawem. Wszystko za sprawą grafenu.

Zespół inżynierów z uniwersystetu Vanderbilt w Tennessee, zbudował właśnie takie urządzenie. Ich tzw „sylikonowy superprzewodnik” może być wbudowany w chipy krzemowe i może diametralnie zmienić baterie oraz akumulatory jakie znamy do tej pory. W przeciwieństwie do tradycyjnych akumulatorów akumulujących energię poprzez reakcje chemiczne, urządzenie to przechowuje energię przez łączenie jonów na powierzchni porowatej powierzchni krzemu.
Ale ponieważ krzem reaguje z niektórymi substancjami chemicznymi w elektrolicie – te, które dostarczają jony – inżynierowie powlekli powierzchnię grafenem. Okazało się, że nie tylko grafen ochronił krzem, ale także poprawił gęstość przechowywanej energii w urządzeniu o ponad dwa rzędy wielkości. To proste rozwiązanie spowodowało, że urządzenie z krzemowo-grafewnową baterią może przechowywać znacznie więcej energii. Wielkie nieporęczne kondensatory aktualnie używane w tego typu urządzeniach (systemy odzyskiwania energi z hamowania) mogą zostać znaznie ulepszone przez to nowatorskie rozwiązanie. A wszystko to w małym układzie krzemu.

„Gdyby zapytać ekspertów o zrobienie super kondensatora z krzemu , to powiedzą Ci, że toszalony pomysł, ” Cary Pint, asystent profesora, który prowadził projekt, powiedział serwisowi Vanderbilt. „Ale musimy znaleźć łatwy sposób aby to robić. „I nie tylko jako gadżet ale praktycznie urządzenie”. Pint ma nadzieję użyć go jako „plan działania dla zintegrowanego systemu magazynowania energii. „Innymi słowy , chce zobaczyć urządzenia do przechowywania energii elektrycznej bezpośrednio w silikonowym chipie. Asystent profesora dodał dodał również „Im bardziej, możemy integrować magazynowanie energii do istniejących materiałów i urządzeń ,tym bardziej kompaktowe i wydajne staną się one”.

Prawdziwi futuryści będa podkreślać, że rozwój urządzeń z w pełni grafenowymi chipami, które zamiast pracować na prądzie będą pracować na świetle są ruchem godnym nowego stulecia. Ale ten rodzaj technologii będzie wymagać od nas całkowicie zmieny sposobu budowania elektroniki, natomiast wynalazek z uczelni Vanderbilt może być faktycznie zbudowany z krzemu pochodzącego z recyklingu ze zużytych elektroniki plus oczywiście trochę grafenu.

Źródło: http://gizmodo.com/this-graphene-coated-silicon-power-cell-signals-a-batte-1452245250

650 mln zł na dofinansowanie projektów wykorzystujących grafen

Narodowe Centrum Badań i Rozwoju ogłosiło 22 października 2012 r. wyniki konkursu Graf-Tech oraz konkursu w ramach działania 1.4 Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka. W pierwszym z nich do rozdysponowania było 60 mln zł , natomiast w drugim blisko 590 mln zł. Wsparcie prac badawczo-rozwojowych ma doprowadzić do praktycznego wdrożenia projektów. W programie Graf-Tech dofinansowanie otrzyma co najmniej 12 konsorcjów. W ośmiu z nich liderem bądź partnerem jest Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych – ITME w Warszawie. Środki mają być przeznaczone na badania przemysłowe, prace rozwojowe i przygotowania do wdrożenia produktów opartych na wykorzystaniu grafenu. Oczekiwane są zastosowania grafenu w przemyśle elektronicznym oraz medycynie.

W konkursie Graf-Tech rozdysponowano około 50 mln zł. Obecnie rozpatrywane są protesty złożone od oceny formalnej, co oznacza, iż liczba beneficjentów programu może się jeszcze powiększyć.

– Dzięki finansowaniu innowacyjnych rozwiązań, takich jak wyroby bazujące na grafenie, Polska może stać się liderem w kilku obszarach techniki. Aby tak się stało, potrzebne jest współdziałanie naukowców i przedsiębiorców. Od momentu wprowadzenia reformy finansowania nauki zauważamy także znacząco większe zainteresowanie przedsiębiorców realizacją projektów B+R służących budowaniu własnych przewag konkurencyjnych – mówił prof. Krzysztof Jan Kurzydłowski, dyrektor NCBR.

W konkursie dotyczącym programu Innowacyjna Gospodarka dofinansowanie przyznano 116 projektom. Ponad 400 mln zł trafi do małych i średnich przedsiębiorstw. Wsparcie przeznaczone jest na projekty celowe. Warunkiem otrzymania dotacji było zobowiązanie beneficjenta do wdrożenia wyników finansowanych prac badawczo-rozwojowych.

– Polski nie stać na to, by najbardziej innowacyjne technologie czy rozwiązania z opóźnieniem trafiały do polskiej gospodarki. Inwestowanie w programy sprzyjające innowacjom zyskuje na znaczeniu zwłaszcza w czasie kryzysu ekonomicznego – mówiła minister nauki i szkolnictwa wyższego, prof. Barbara Kudrycka.

źródło: naukawpolsce.pap.pl

Polska firma sprzedaje grafen

Spółka Nano Carbon rozpoczęła sprzedaż płatków grafenowych. Firma dostarcza produkt głównie zagranicznym instytutom badawczym. Cena cm² takich płatków wynosi 300 dolarów, a transakcje obejmują znacznie większe ilości. Sprzedaż płatków grafenowych uruchomiono bez rozgłosu, jednak producent chciałby to nagłośnić. Prawdopodobnie w tym celu odbędzie się konferencja z udziałem ministra skarbu państwa. Nano Carbon to spółka, w której udziały ma koncern KGHM i Agencja Rozwoju Przemysłu.

Płatki grafenowe wykorzystywane są w dalszych pracach nad grafenem. Obecnie firma nie liczy na pokrycie przez sprzedaż kosztów badań. Jak wyjaśnia wiceprezes firmy Nano Carbon Włodzimierz Mischke, szybsze zyski będą możliwe do osiągnięcia w następnych grafenowych projektach, których obecnie nie może ujawniać.

Spółka Nano Carbon wcześniej zainteresowana była nakładaniem grafenu na powierzchnie metaliczne, szczególnie miedziane, co planowano wykorzystywać m.in. w energetyce, budownictwie, przemyśle samochodowym i medycznym. Światowe koncerny i instytuty badawcze wydają dziesiątki milionów pracując nad obniżeniem kosztów oraz masowym zastosowaniem grafenu, do czego jednak wciąż jest daleko.

źródło: Puls Biznesu