Виноваты скотч, советские ученые и китайцы.
Год назад испанская компания Graphenano представила графен-полимерный аккумулятор, который заряжается в три раза быстрее, чем литий-ионный. Подобный тип батарей сможет раскрыть весь потенциал электроавтомобилей и навсегда изменит рынок мобильных устройств. Рассказываем, что именно станет катализатором революции в электронике в XXI веке.
Графен? Что это вообще такое?
Графен — это особая структурная модификация углеродного кристалла, в которой все атомы уложены на плоскости в ряды правильных шестиугольников. По сути, графен представляет собой тонкий, гибкий, прозрачный лист углерода толщиной в один атом. Сверхпрочный и сверхэлектроёмкий материал.
Впервые он был получен в 2004 году бывшими советскими (ныне британскими) физиками Андреем Геймом и Константином Новосёловым. В 2010 году ученые получили за свое открытие Нобелевскую премию.
Самое смешное, что первые образцы графена получали благодаря экспериментам с обычным скотчем. Он позволял снимать верхние слои углерода с графитовых подложек, оставляя под собой верхний атомарно-гладкий слой. Посмотреть видеоролик о получении графена можно на Youtube.
Сейчас графен получают из пиролитического графита или химическим осаждением из газовой фазы, это высокотехнологические трудоемкие процессы. Физики и химики постепенно находят новые более оптимальные способы получения этого революционного материала.
Рано или поздно найдут самый лучший вариант. Ведь на сегодняшний день, графен считается самым перспективным и универсальным материалом для использования в электронике.
В чем фишка графена?
Сам по себе графен можно рассматривать, как вообще единственное известное нам двумерное твердое тело. Благодаря своей уникальной структуре, он обладает невероятными свойствами.
- Во-первых, это самый тонкий материал в мире. По нынешним научным представлениям, нельзя выделить слой вещества тоньше, чем атом.
- Во-вторых, он тверже алмаза, который между прочим считается мерилом твердости.
- В-третьих, графен – это материал с самой высокой подвижностью электронов из всех известных науке. Один слой графена фактически представляет собой одну-единственную громадную, плоскую «молекулу», электроны которой могут свободно перемещаться от одного ее конца к другому.
- Наконец, графен способен проводить электрический ток без потерь при комнатной температуре. Это невероятно круто!
Как это повлияет на современные технологии?
Представленные в прошлом феврале графеновые аккумуляторы могут оказать огромное влияние на мировой рынок. Это станет началом серьезных изменений во многих сферах повседневной жизни.
Так, у анонсированного испанской компанией Graphenano графенового аккумулятора удельная емкость составляет 1000 Вт*ч/кг при напряжении 2,3 В. Для сравнения у обычных литий-ионных аккумуляторов этот показатель приблизительно равен 200 Вт*ч/кг. Подобная стокилограммовая графеновая батарея обеспечивает пробег в 800 (!) км.
Согласно расчетам специалистов Graphenano, электромобиль Renault Zoe, оснащенный графен-полимерным аккумулятором, сможет проехать без подзарядки 637 (вместо 210 км с литий-ионным аккумулятором), Tesla Model S – 1013 вместо 334 км.
Для зарядки литий-ионных батарей электромобиля среднего класса (около 50 кВт) требуется около получаса, графеновые батареи можно зарядить всего за 8 минут. Другой вопрос, что для этого необходима очень мощная зарядная станция.
Вот теперь производители бензиновых двигателей точно напряглись! Малый пробег и длительный процесс заряд отпугивал потенциальных покупателей электрокаров. В ближайшие несколько лет ситуация может кардинально измениться.
«Графен имеет потенциал, чтобы организовать революцию в целых отраслях промышленности, в том числе за счет миниатюрных, но мощных элементов автономного питания».
Китайцы уже все поняли
Согласно проекту китайской Национальной комиссии по развитию и реформам страны, производство электромобилей объявлено «стратегической отраслью». Спрашивается, причем тут вообще китайцы?
Озвученное выше серийное производство графеновых батарей Graphenano началось с участием китайских инвесторов, 10 процентов доли испанской компании принадлежит китайской компании Chint. Производство получило 30 млн евро инвестиций для установки оборудования и найма сотрудников. Позднее руководство Chint планирует инвестировать еще 350 млн евро в строительство второго завода. Серьезный подход!
Самое главное, в настоящее время 70% мирового производства чистого графита (из которого, собственно и получают графен) сосредоточено в Китае, примерно 12% в Индии, 7% – в Бразилии. Кое-кто серьезно контролирует ситуацию.
Что еще почитать по теме:
Будущее уже рядом
Буквально на днях малоизвестная китайская (а вы сомневались?) фирма WPG анонсировала производство двух инновационных внешних аккумуляторов на основе графена. Для зарядки портативной батареи WPG Graphene на 5000 мА·ч понадобится всего 10 минут!
Сбор средств на производство иновационных батарей осуществлялся через краудфандинговой площадку Jingdong. За короткий срок разработчикам удалось собрать сумму в два раза превышающую необходимую, то есть более 200 000 юаней ($29 000) при необходимом уровне в 100 000 юаней ($14 600).
Дойдут ли анонсированные устройства до продаж, конечно, еще неизвестно. Знаем мы эти проекты на краудфандинговых площадках, особенно китайских. По слухам, подобные графиновые аккумуляторы смогли создать и специалисты лаборатории Watt Laboratory, принадлежащей Huawei.
Это громкий звонок о том, что графен уже добрался до мобильного рынка. Вопрос в том, кто первый обкатает технологию на своих смартфонах. Ждать осталось недолго.
42 комментариев