211service.com
Grafēns zaļajam režģim
Neregulāru atjaunojamās enerģijas avotu, piemēram, vēja un saules enerģijas, integrēšana elektriskajā tīklā, vienlaikus saglabājot stabilu jaudu, būs liels izaicinājums. Enerģijas uzglabāšanas ierīces, ko sauc par ultrakondensatoriem, varētu palīdzēt saglabāt pēkšņus jaudas pārspriegumus. Taču daudz kas būs atkarīgs no jaunas paaudzes ultrakondensatoru izstrādes ar pietiekamu uzglabāšanas jaudu, lai apmierinātu iespējamo pieprasījumu.
Grafēna spēks: Graphene Energy cer, ka tādi grafēna elektrodi kā šis palielinās ultrakondensatoru enerģijas uzglabāšanas jaudu un jaudu. Šis attēls, kurā redzama grafēna elektroda mala, tika izgatavots ar skenējošu elektronu mikroskopu.
Grafēna enerģija , starta uzņēmums, kas atrodas Ostinā, Teksasā, cer, ka risinājums būs ultrakondensatori ar elektrodiem, kas izgatavoti no grafēna — tikai atoma biezas oglekļa loksnes. Ultrakondensatora uzglabāšanas jaudu ierobežo tikai tā elektrodu virsmas laukums, un grafēns piedāvā veidu, kā ievērojami palielināt pieejamo laukumu.
Ultrakondensatori enerģiju uzglabā elektrostatiski, nevis ķīmiski, kā akumulatoros. Uzlādes laikā elektroni nonāk uz viena elektroda virsmas, bet uz otra virsmas veidojas elektronu caurumi. Tas piesaista pozitīvos jonus elektrolītā uz pirmo elektrodu un negatīvos jonus uz otro. Turpretim ķīmiskās reakcijas, ko izmanto akumulatoru uzlādēšanai, ierobežo to uzlādes ātrumu un galu galā izraisa elektrodu materiālu sadalīšanos. Ultrakondensatorus var uzlādēt un izlādēt ļoti ātri, sekundēs, nevis minūtēs, un tos var uzlādēt miljoniem reižu, pirms tie nolietojas.
Tomēr pašlaik tirgū esošie ultrakondensatori nevar saskaņot akumulatoru enerģijas blīvuma ziņā, tāpēc tos galvenokārt izmanto hibrīdsistēmās kopā ar baterijām vai nišas lietojumiem. Tā kā šīs ierīces spēj izturēt strauju liela enerģijas daudzuma pieplūdumu, tās bieži izmanto, lai atgūtu enerģiju, piemēram, kad pilsētas autobuss bremzē vai portālceltnis nolaiž savu kravu. Šādā veidā izmantotie ultrakondensatori ir samazinājuši par 40 procentiem enerģijas, kas nepieciešama dažiem Japānas ostās izmantotajiem celtņiem. Daži elektroinstrumenti, tostarp elektriskā urbjmašīna, izmanto ultrakondensatoru ātrās uzlādes iespējas.
Graphene Energy cer atvērt jaunas ultrakondensatoru lietojumprogrammas, izstrādājot ierīces ar daudz lielāku jaudu. Šos ultrakondensatorus, iespējams, varētu izmantot, lai regulētu pārspriegumu elektrotīklā vai darbinātu hibrīda transporta līdzekļus. Uzņēmumam ir 500 000 USD sākuma finansējums, lai komercializētu grafēna ultrakondensatorus, ko izstrādājusi Rodnijs Rūfs , mašīnbūves profesors Teksasas Universitātē Ostinā. Rūfs ir Graphene Energy līdzdibinātājs un darbojas arī kā uzņēmuma tehnoloģiju padomnieks.
Esošie ultrakondensatori izmanto elektrodus, kas izgatavoti no aktīvās ogles — poraina, oglei līdzīga materiāla, kam ir ļoti liels virsmas laukums. Aktīvās ogles krājumi uzlādējas tunelim līdzīgās porās, un ir nepieciešama aptuveni viena sekunde, lai tā pārvietotos iekšā un ārā. Tas ir ļoti ātri, salīdzinot ar ātrākajiem akumulatoriem, taču aktīvās ogles jauda ir ierobežota.
Lai izgatavotu grafēnu saviem elektrodiem, Rūfa komanda sāk, ievietojot grafīta oksīdu ūdens šķīdumā. Tas liek materiālam pārslas veidoties atomu plānās grafēna oksīda loksnēs. Pēc tam tiek noņemti skābekļa atomi, atstājot grafēnu. Līdz šim Ruoff laboratorija ir izgatavojusi grafēna ultrakondensatorus, kas atbilst tiem, kas izgatavoti, izmantojot aktīvo ogli. Viņš saka, ka ar turpmākiem uzlabojumiem tiem vajadzētu būt labākiem par aktivēto ogli, lai gan viņa uzņēmuma darbības, lai to panāktu, paliek noslēpumā.
Pamatojoties uz grafēna ultrakondensatoru aprakstu, kas publicēts pagājušā gada septembrī žurnālā Nano burti Džons Millers no JME, pētniecības un konsultāciju firmas, kas specializējas elektroķīmisko kondensatoru ražošanā, saka, ka patiešām vajadzētu būt iespējai uzlabot to veiktspēju. Šajā dokumentā aprakstītais grafēna elektrods ir ievilkts bumbiņā kā saburzīts papīra gabals, saka Millers. Jums nav pilnīgas piekļuves virsmai.
Ja Graphene Energy var izaudzēt elektrodus vertikālos blokos, piemēram, pilnīgi plakanu papīra lokšņu rindā, kas stāv uz malas, Millers saka, ka jaudu varētu ievērojami palielināt. Šādā izkārtojumā katrs oglekļa atoms būtu pakļauts un spētu uzkrāt enerģiju, praktiski negaidot, līdz lādiņam jāpārvietojas pa tuneļiem, kas atrodami aktīvajā oglē.
Tomēr papildus savu ultrakondensatoru veiktspējas uzlabošanai Graphene Energy ir arī jāizstrādā metode to izgatavošanai lielākā mērogā, kas ir kopīgs izaicinājums visos grafēna pētījumos.
Dileeps Agnihotri Graphene Energy izpilddirektors saka, ka uzņēmums cer līdz šī gada beigām pārbaudīt savu pirmo produkta prototipu, kurā ir iekļauti grafēna elektrodi.
Cita pētnieku grupa cer izgatavot labākus ultrakondensatoru elektrodus, izmantojot oglekļa nanocaurules - sarullētas grafēna caurules, kurām ir daudzas tādas pašas īpašības. Es domāju, ka abas pieejas principā var darboties, saka Džoels Šindals , elektrotehnikas un datorzinātņu profesors MIT, kurš strādā pie nanocauruļu elektrodiem. Galvenais būs pareizi izveidot izaugsmes procesu, pēc tam strādāt pie veidiem, kā to ražot rentablā veidā.