Где используются литий ионные аккумуляторы

Почему мы до сих пор пользуемся литий-ионными аккумуляторами вместо графеновых

Возникало ли у вас ощущение, что в современной технике прогрессирует все, кроме аккумуляторов? У смартфонов улучшаются процессоры, экраны, камеры, растет память, электрокары обрастают продвинутой электроникой и учатся ездить на автопилоте, но все эти девайсы по-прежнему черпают энергию из литий-ионных батарей.

Почему мы до сих пор пользуемся литий-ионными аккумуляторами вместо графеновых

Где же обещанные графеновые аккумуляторы? Давайте разбираться.

Литий-ионные аккумуляторы хорошо зарекомендовали себя на рынке — уже пару десятков лет они обеспечивают энергией наши девайсы и готовых решений, которые могли бы взять и полноценно заменить их, на горизонте пока не предвидится. Неужели это венец творения и у них нет недостатков? Отнюдь.

Недостатки литий-ионных аккумуляторов

Недолговечность. Литий-ионные батареи теряют емкость примерно на 10-15% в год, а для смартфонов 1000 циклов разрядки/зарядки уже можно считать пределом.
Чувствительность к температуре. Литиевые аккумуляторы плохо переносят перепады температур — работа при слишком низких или слишком высоких температурах приводит к деградации батареи.

Чувствительность к мощной зарядке. Слишком быстрая зарядка ведет к излишнему выделению тепла и может приводить к замыканию и выходу аккумулятора из строя.
Потенциальная опасность. Литий — редкоземельный металл, который стоит недешево, а его добыча и производство аккумуляторов негативно сказывается на окружающей среде.

Илон Маск обвинил Apple в использовании 100% кобальта в батареях iPhone

Ученые считают, что решить эти проблемы — хотя бы частично — может графен. А некоторые уверяют, что потенциально он даже способен совершить настоящую революцию в устройствах для хранения энергии. Так ли это?

Подпишитесь на наши каналы, чтобы не пропустить интересные новости и полезные статьи

Что такое графен

Графен — это углерод, такой же, как графит или алмаз. Химическая формула у них идентична, но способ соединения атомов углерода друг с другом определяет свойства материала. Атомы в графене расположены в пространстве особым образом — это лист толщиной всего в один атом, причем атомы углерода образуют в нем шестиугольники, похожие на пчелиные соты. Такая структура наделяет графен неординарными свойствами. Это отличный проводник, он прочнее стали, но при этом гибкий и эластичный.

Чем отличаются графеновые аккумуляторы от литий-ионных

Хотя литий-ионные и графеновые батареи могут хранить и передавать энергию схожим образом, в конструктивных аспектах и областях применения они отличаются друг от друга — с точки зрения срока службы, безопасности и скорости передачи энергии. Главное преимущество графеновых батарей — отличная способность рассеивать тепло.

С увеличением тепловой энергии растет сопротивление проводников, что приводит к деградации аккумулятора. Поэтому ученые начали добавлять графен в литий-ионные аккумуляторы для улучшения характеристик. Такие батареи известны как гибридные — они имеют большую зарядную емкость, меньшую массу, увеличенный срок службы и уменьшенное время зарядки по сравнению с «традиционными» аккумуляторами.

Почему не делают «чисто графеновые» батареи

Коммерчески успешных способов получения графена в промышленных масштабах до сих пор не существует. Причиной тому является высокая стоимость и сложность получения графена. Но это еще не все. Главное, что графен не очень подходит для долгосрочного хранения энергии — и вот почему.

В литиевых аккумуляторах заряд накапливается благодаря тому, что ионы лития проникают внутрь графитового анода. Если вместо графита для изготовления анода применить графен, ионы лития не смогут проникнуть внутрь графена, а будут накапливаться на поверхности.

Батарея для ноутбука на AliЕxpress: покупать или нет?

Саморазряд батареи в этом случае будет гораздо более заметным. Зато концепция, когда ионы накапливаются на поверхности анода и слабо за него держатся, хорошо подходит для суперконденсаторов. Это отличный вариант, когда нужно быстро и без особых усилий взять и перенести много энергии за короткий отрезок времени. Добавлением графена в электроды можно повысить их проводимость, хотя по сути батарея останется литиевой.

«В ночном видении и дефибрилляторах»: Li-ion ставят не только в смартфоны

Они ведь взрываются и вздуваются? Вы удивитесь, какие серьёзные отрасли доверились литиевой технологии. Где сейчас только не применяются литий-ионные аккумуляторы, помимо смартфонов и гаджетов.

Список такой длинный, что переход от медицинского оборудования к роскошным яхтам случится лишь где-то через час утомительного чтения.

Но где их применение бывает удивительным и неожиданным?

Литиевые батареи теперь обслуживают нашу безопасность, надёжность оборудования, комфорта современной жизни. Благодаря этой технологии электронные устройства избавились от проводов, стали компактнее и мобильнее. Вас может удивить, что перезаряжаемым литиевым батареям как в смартфонах или ноутбуках доверили такие важные отрасли.