Защо очакваме батериите от графен с такова нетърпение

През последните години сме свидетели на сериозното развитие на технологиите при смартфоните в почти всички аспекти. За съжаление обаче не виждаме очакваното подобрение при батериите, като все още се разчита на познатите ни литиевойонни решения. Все пак има множество разработки, които обещават по-сигурни и по-издръжливи батерии. Една от тях, за която се говори от години, е за батерии, базирани на материала графен.

Въпреки че този тип батерии все още не са достъпни в потребителските устройства, разработката в тази насока напредва. Графенът представлява съединение от въглеродни атоми с шестоъгълна структура. Тази структура е с дебелина от едва един атом, но същевременно материалът е 200 пъти по-здрав от стоманата и непроницаем за всички газове и течности.

Тази двуизмерна структура разполага и с някои много интересни свойства, включително отлична електро- и топлинна проводимост, високи нива на гъвкавост и ниско тегло. Електропроводимостта дори е по-добра от тази на медта, който е най-добър в това отношение сред металите.

Приложението на графен в батерии може да е под различни форми, като той е най-подходящ за създаването на супер кондензатор, който може да бъде зареждан и разреждан много бързо. Основното предизвикателство при производството на решения от материала обаче е свързано с масовото производство на тънката структура.

Към момента това се съпътства с изключително високи разходи, което прави технологията неприложима в крайни продукти. Междувременно редица големи производители, включително Samsung и Tesla, имат свои разработи в тази област.

По подобие на литиевойонните батерии, и клетките от графен използват две проводими плочи с покритие от порест материал, които са потопени в електролитен разтвор. Въпреки това техните свойства са различни, което е породено от специфичните възможности на графена, които изброихме преди малко.

Тези батерии могат бързо да отдават заряд към други устройства, а тъй като не се загряват колкото сегашните решения, имат и по-дълъг живот на експлоатация. Това е особено важно при устройства като смартфоните, където и пространството е ограничено.

Сред останалите предимства на батериите от графен е по-големият им възможен капацитет. Възможността за съхранение на енергия на килограм при литиевойонните батерии е до 180 Wh, а при тези от графен – до 1000 Wh. Разликата е впечатляваща и на теория може да предостави автономност на смартфоните в пъти по-дълга от сегашните решения.

Стигаме и до безопасността, като и тук ползите от графена са големи. Всеки от нас е чувал за проблемите, пред които са изправени някои производители на смартфони и преносими компютри заради дефектни батерии, които могат да се самозапалят. При литиевойонните батерии вероятността от запалване при прегряване, подаване на прекомерен заряд или пробиване е голяма. Графенът от друга страна е много по-стабилен, гъвкав и издръжлив в това отношение.

Интересно е да отбележим, че съществуват и хибридни решения, в които при литиевойонните батерии се използва графен за подобряване на производителността на катода. Този тип решения се наричат графен-метал оксидни хибриди. Те са по-леки, разполагат с по-висок капацитет, зареждат се по-бързо и имат по-дълъг живот от познатите ни батерии. Доста вероятно е именно този тип продукти да са първите, които ще намерят приложение сред потребителската електроника.

Несъмнено преминаването към батерии от графен ще доведе до множество ползи за смартфоните. Устройствата, които използват тази технология, ще се зареждат по-бързо, ще имат по-дълга издръжливост с един заряд и ще могат да бъдат по-компактни от настоящите предложения.

Според някои изчисления батерия от графен, която е еднаква по размер с литиевойонна, ще може да съхранява с 60% или дори по-голям заряд. Освен това благодарение на по-лесното си охлаждане тя ще може да предложи и по-дълъг живот. Ако самото устройство е достатъчно здраво, няма да се налага потребителите да сменят батерията на всеки две години, за да може да получат същата издръжливост, както при покупката му.

Бъдещето ще покаже кога ще видим първите батерии от графен в смартфоните, но със сигурност те първоначално ще се появят при флагманските устройства. Засега сред производителите на телефони единствено Samsung направи по-сериозна заявка за скорошно въвеждане на новата технология. Очаква се компанията да представи първия си такъв модел към края на 2020 или през 2021. Наскоро се появиха слухове, че Huawei може да използва батерия от графен в P40 Pro, но от компанията опровергаха това.

Източник: Android Authority