Смартфоны с графеновыми аккумуляторами

Что такое графеновый аккумулятор, и чем он хорош?

Мы уже не раз во многих статьях затрагивали тему графеновых аккумуляторов. Каждый год мы пишем о них, но производители никак не начнут выпускать смартфоны с подобными аккумуляторами. Дело в том, что пока производство такого аккумулятора слишком дорогое, однако уже в ближайшие несколько лет всё может сильно измениться. Аккумуляторы являются одним из самых важных моментов, влияющих на развитие рынка смартфонов, да и в целом мобильных гаджетов. Чем современнее аккумулятор и чем больше емкости при меньшем размере он предлагает, тем большую мощность производители могут использовать в телефонах. Таким образом производители мобильных процессоров смогут устанавливать более производительные чипсеты, не беспокоясь по поводу автономности.

Что такое графеновый аккумулятор?

В данном материале мы рассмотрим графеновые аккумуляторы и попытаемся понять, чем они так хороши. А начнем мы с того, что уже сейчас очевидно, что графеновые аккумуляторы станут заменой текущим литий-ионным батареям. Еще одной интересной технологией поделились ребята из Стэнфордского университета.

Что такое графеновый аккумулятор?

Это композиция атомов карбона, тесно связанных в сотовой структуре. А размер двумерной структуры равен толщине всего одного атома. Подобная 2D-структура имеет хорошую электрическую и термальную проводимость, она очень гибкая, соединения атомов достаточно прочные, да и вес у них небольшой. Основная проблема заключается в том, как удешевить производство настолько тонких слоев.

В графеновых аккумуляторах, как и в литий-ионных, имеется две токопроводящие пластины, покрытые пористым материалом и погруженные в раствор электролита. Однако технология хоть и кажется похожей, но имеет лучшие характеристики. Графеновые аккумуляторы лучше проводят электричество. Это позволяет заряжать их заметно быстрее. А лучшая теплопроводность будет меньше нагревать такие аккумуляторы, что увеличит их срок службы. Кроме того, графеновые аккумуляторы легче и тоньше при идентичной емкости.

Литий-ионные аккумуляторы способны вмещать в себя 180 ватт-час, тогда как графеновые аккумуляторы предлагают 1000 ватт-час. Простыми словами, мощность графеновых аккумуляторов значительно выше.

Производители не сразу станут использовать полностью графеновые батареи. Скорее всего, сначала на рынке будут представлены гибридные решения: когда в литий-ионных аккумуляторах будут использовать графен для улучшения показателей катодного проводника.

Смартфоны с графеновым аккумулятором

Наличие в устройстве графенового аккумулятора будет означать на 60% большую емкость при идентичных размерах, меньший нагрев при зарядке, такие аккумуляторы не будут терять в емкости даже спустя 2 года использования, зарядка будет происходить равномерно, а не так, как сейчас, когда нужно ждать целый час, чтобы телефон зарядился с 80% до 100%. Сама зарядка будет происходить заметно быстрее.

Таким образом, графеновые аккумуляторы могут стать настоящей революцией на рынке смартфонов и электрических автомобилей. Компаниям сегодня выгодно инвестировать средства на удешевление производства таких решений, потому что они смогут существенно улучшить производительность телефонов и их срок службы, а также увеличить время работы электромобилей от одного заряда аккумулятора.

Интересно узнать и ваше мнение. Как вам графеновые аккумуляторы? Не забывайте также про на чат Телеграм.

Источник

Графеновые батареи: что это такое и почему за ними будущее?

Сегодня смартфоны удовлетворяют почти всем нашим требованиям. Яркие и сочные дисплеи, превосходного качества корпуса, выполненные из стекла и металла, громкие мультимедийные динамики, ну и, конечно же, камеры, благодаря которым мы совершаем превосходные снимки — всё это делает наше взаимодействие со смартфоном максимально комфортным. Но при всех этих плюсах есть один существенный недостаток — автономное время работы устройств.

Литий-ионные аккумуляторы хорошо зарекомендовали себя на рынке и уже более 29 лет занимают первое место в обеспечении смартфонов энергией. Однако нельзя отрицать, что годы идут, а начинка смартфонов становится мощнее и питать такое количество компонентов становится всё сложнее, поэтому индустрия нуждается в «свежей крови». Одним из таких решений может стать графен.

До сих пор графеновые аккумуляторы не имеют широкого применения в смартфонах или любых других гаджетах повседневного использования, но всё это вопрос времени. Многие считают, что в скором будущем графен совершит революцию и вытеснит популярные литий-ионные аккумуляторы.

Что мы знаем о графене и его свойствах?

Графен — это сложное соединение атомов углерода, связанных в так называемую сотовую структуру, благодаря чему он обладает рядом интересных свойств. Например, является самым мощным в мире проводником электрической и тепловой энергии, очень гибок и чрезвычайно лёгок. Кроме того, графен экологичен и устойчив к разного рода воздействиям.

Что касается батарей, в которых будет использоваться этот материал, то скорее всего его используют в качестве «суперконденсатора» — аналога аккумуляторной батареи, который позволит увеличить автономное время работы, а также уменьшит время зарядки.

Об отличиях литий-ионных и графеновых батарей

Несмотря на то, что литий-ионные и графеновые батареи могут хранить и передавать энергию аналогичным образом, в конструктивных аспектах и областях применения, они отличаются друг от друга, с точки зрения срока службы эксплуатации, безопасности и скорости передачи энергии.

Основополагающей причиной, по которой графеновые батареи более эффективны, чем нынешние литий-ионные батареи — их способность рассеивать тепло. Когда происходит передача тепла, создается большое количество энергии из-за сопротивления проводников. С увеличением тепловой энергии сопротивление возрастает ещё больше, создавая так называемый цикл неэффективности. Относительное превышение тепла и сопротивления приводит к деградации батареи и устройства в целом. Вспомните хотя бы печальный опыт Samsung Galaxy Note 7.

Дабы предотвратить катастрофические сбои, литий-ионные аккумуляторы используются вместе с графеном, для улучшения характеристик катодного проводника. Таким образом, литий-ионные батареи с применением графена известны как гибриды, за счёт чего они имеют большую зарядную ёмкость, меньший вес, больший срок службы и более быстрое время зарядки, чем традиционные батареи. Гибридные батареи, вероятно, станут первыми графеновыми батареями потребительского сегмента, которые появятся на рынке.

В настоящее время графен является одним из самых проводящих материалов в мире с относительно низким уровнем сопротивления. Низкие уровни сопротивления контролируют уровни нагрева, тем самым поддерживая общие температуры в минимальном и безопасном диапазоне.

А что дальше и в чём подвох?

Не смотря на все перечисленные достоинства графеновых батарей, в настоящее время графен все еще находится на начальной стадии развития с точки зрения его коммерциализации, в качестве аккумуляторной технологии. Этой несомненно перспективному материалу ещё предстоит преодолеть множество проблем, включая чрезвычайно высокую стоимость производства. По мере того как производственный процесс становится более доступным и усовершенствованным, возможности применения графена будут значительно расти.

Наиболее обнадеживающим применением графена является его интеграция с литий-ионными батареями, гибридами. Но если вы ещё сомневаетесь в этой технологии, то вот список компаний, которые уже инвестируют в развитие этого направления: Samsung, Microsoft, Tesla, Huawei, Cabot Corporation, Grabat Graphenano Energy, Nanotech Energy, Nanotek Instruments, XG Sciences. Все они проявили большой энтузиазм в разработке подобных аккумуляторов, сделав большой вклад в развитие технологий графеновых батарей.

Трудно предсказать дальнейшее будущее аккумуляторов с использованием графена, но совершенно точно можно сказать, что графен станет важной частью следующего шага развития технологий аккумуляторных батарей.

Источник

Графеновые аккумуляторы в смартфонах — плюсы и минусы

Особенности, преимущества и недостатки графеновых аккумуляторов.

Современные гаджеты используют литий-ионные АКБ, но производители смартфонов и планшетов все чаще смотрят в сторону графеновых аккумуляторов. Подробно рассказываем, что такое графен, и почему батареи из этого материала — наше возможное будущее.

Что такое графеновые аккумуляторы?

Графен — одна из разновидностей графита, вещество, собранное из атомов углерода. Оно имеет пленкообразную структуру — представьте себе стопку листов бумаги. Материал изготавливается человеком, его не встретишь в природных условиях.

Ученые используют графен для разработки батарей и аккумуляторов, потому что графит обладает хорошей электро- и теплопроводностью. По принципу действия они практически не отличаются от обычных аккумуляторных батарей. Главное отличие заключается в электрохимических процессах, которые происходят внутри устройства. Их можно сравнить с реакцией, которая идет в литий-полимерной батарее.

Сегодня можно выделить две технологии получения графеновых аккумуляторов:

1. В качестве катода используют чередующиеся пластины графена и кремния, в качестве анода выступает кобальт лития (LiCoO2).
2. Катод — это также пластины кремния и графена. Но анод здесь — оксид магния, потому что он дешевле. Его можно встретить в бюджетных моделях ноутбуков.

Ученые уверены, что графен заменит полупроводники на основе редкоземельных металлов. Благодаря этому материалу производители смогут выпускать аккумуляторы меньших размеров. К тому же, это снизит затраты на производство батарей, так как графен более распространен в природе. Также этот материал обладает высокой тепловой стойкостью — это поможет увеличить мощность микросхем.

Графеновые АКБ для смартфонов обеспечивают более длительную автономную работу по сравнению с литий-ионными аккумуляторами. Поэтому есть высокая вероятность, что в скором времени производители гаджетов будут использовать только этот материал.

Например, в 2016 году, компания Huawei представила смартфон Honor Magic. В смартфоне использовались графеновые аккумуляторы, благодаря чему удалось создать специальную технологию быстрой зарядки — 45% заряда накапливались за 5 минут. Такой показатель стал возможным благодаря повышению рабочего диапазона температур до 60 градусов. В 2017 году компания Samsung также получила патент на батареи с графеном.

Преимущества и недостатки графеновых аккумуляторов

Теперь рассмотрим плюсы и минусы аккумуляторов из графена.

• Аккумуляторы и батареи из графена не загрязняют окружающую среду.
• Высокая проводимость тока и тепла.
• Низкая масса материала.
• Легко устранить повреждения.
• Низкая стоимость сырья для производства графеновых аккумуляторов.
• Высокая прочность и водонепроницаемость.
• Графен можно комбинировать с другими материалами.

• Длительное время полной зарядки.
• Быстрый процесс старения: аккумулятор теряет емкость с накоплением числа циклов заряда-разряда.

Источник

Графеновые батареи: что они значат для современных смартфонов

Технологии, по которым выполнены батареи современных смартфонов, уже достаточно хороши. Но есть одна вещь, которой фанатам гаджетов никогда не бывает достаточно — это время автономной работы. Разве не было бы замечательно, если бы наши телефоны работали в течение двух или трёх полных дней интенсивного использования на одной зарядке? А как насчёт целой недели? С графеновыми батареями это может стать не такой уж несбыточной мечтой.

Графеновые аккумуляторы пока не работают на смартфонах и других гаджетах, но эта технология развивается. В будущем именно графеновые батареи могут стать заменой литий-ионным, от которых вся индустрия высоких технологий стала настолько зависимой на протяжении последних десятилетий.

Несмотря на то, что мы всё ещё далеки от коммерческого использования графеновых технологий, в том числе, в аккумуляторах, эту идею не стоит сбрасывать со счетов – в ближайшие годы она может стать реальностью.

Что такое графеновая батарея?

Прежде чем углубиться в вопрос графеновых аккумуляторов, следует вспомнить, что такое графен, и на что способен этот материал.

Вкратце, графен представляет собой совокупность атомов углерода, тесно связанных в гексагональную или сотовую структуру. Что делает графен таким уникальным, так это то, что его структура имеет толщину всего в один атомный слой. Таким образом, он двухмерен. Эта двухмерная структура обладает очень интересными свойствами, включая превосходную электрическую и теплопроводность, высокую гибкость, повышенную прочность и малый вес. Что особенно интересно, так это электрическая и теплопроводность, которая даже превосходит медь — самый проводящий изо всех металлов.

Когда речь идёт об аккумуляторах, возможности графена могут быть использованы разными способами. Идеальное его применение в качестве батареи – это так называемый суперконденсатор. Суперконденсаторы накапливают ток точно так же, как обычная батарея, но могут невероятно быстро заряжаться и разряжаться.

Нерешённая проблема с графеном заключается в том, как экономически выгодно и массово изготовить его сверхтонкие листы для использования в батареях и других технологиях. Затраты на производство в настоящее время чрезмерно высоки, но дальнейшие исследования помогут сделать графеновые батареи реальностью.

Еще в 2017 году Samsung объявил о прорыве в этой области, разработав «графеновые шарики». Недавно выяснилось, что Tesla также заинтересована в технологии производства автомобильных аккумуляторов с использованием графена.

Графен vs Li-ion

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

Графен предлагает более высокую электропроводность, чем литий-ионные аккумуляторы. Это позволяет быстрее заряжать элементы, которые также могут выдавать очень большие токи. Это особенно полезно, например, для автомобильных аккумуляторов или быстрой зарядки устройств. Высокая теплопроводность также означает, что батареи не перегреваются, что продлевает срок их службы даже в тонких корпусах смартфонов.

Графеновые батареи также легче и тоньше, чем современные литий-ионные элементы. Это означает меньшие, более тонкие устройства или аккумуляторы большей ёмкости, не требующие дополнительного пространства. Графен позволяет достичь и гораздо более высокой ёмкости батареи. Литий-ионный аккумулятор накапливает до 180 Втч энергии на килограмм, а графен — до 1000 Втч на килограмм.

Наконец, графен безопаснее. Хотя литий-ионные аккумуляторы имеют очень хорошие показатели безопасности, было несколько крупных инцидентов, связанных с их неисправностями. Перегрев, перезарядка и прокалывание могут вызвать химический дисбаланс в литий-ионных батареях, что приводит к возгоранию. Графен гораздо более стабилен, гибок и прочен, а также более устойчив к проблемам такого рода.

Сейчас литий-ионные аккумуляторы уже могут использовать графен для улучшения характеристик катодного проводника. Они известны как гибридные батареи, которые обеспечивают меньший вес, более быстрое время зарядки, большую ёмкость и более длительный срок службы, чем современные батареи. Первые потребительские графеновые батареи, скорее всего, будут гибридными.

Что это значит для смартфонов?

Будущие смартфоны с графеновыми батареями продемонстрировали бы все преимущества, изложенные выше. Они будут заряжаться еще быстрее, время автономной работы продлится день или два, если не дольше, а сами устройства станут тоньше и легче.

Переход на графен может предложить на 60% больше ёмкости по сравнению с литий-ионным аккумулятором того же размера. В сочетании с улучшенным отводом тепла это увеличит срок службы устройства. Вам не нужно будет платить за дорогостоящие замены батарей через пару лет, чтобы ваши устройства продолжали работать.

Графеновые аккумуляторы позволили бы смартфонам стать тоньше или обеспечить большую ёмкость аккумулятора при сохранении их текущих пропорций – но не только. Технологии быстрой зарядки от устройства к устройству тоже получили бы новое развитие. С помощью аккумуляторов, способных выдерживать очень высокие токи и быстро заряжаться, гаджеты смогли бы заряжать друг друга на супер-высоких скоростях.

Хотя технология графеновых батарей пока что остаётся от нас на расстоянии нескольких лет исследований и разработок, это прекрасная перспектива для будущих смартфонов, гаджетов, электромобилей и другой техники.

Источник