Internet

Batteria al grafene contro batteria agli ioni di litio – Spiegazione tecnica

Quasi tutti i dispositivi elettronici portatili oggi – che si tratti dei nostri smartphone o dei veicoli elettrici, vengono forniti con le batterie agli ioni di litio ampiamente utilizzate. Hanno una carica limitata, sono abbastanza ingombranti, hanno bisogno di essere ricaricate spesso e hanno una durata di vita modesta. Ecco perché i ricercatori hanno lavorato sodo per inaugurare l’alternativa più discussa alle batterie agli ioni di litio, ovvero la batteria al grafene.

Si dice che le batterie al grafene siano l’alternativa assoluta alle nostre attuali batterie agli ioni di litio. Le batterie al grafene sono a loro volta piuttosto leggere, avanzate e potenti. Il grafene è stato trovato un materiale superiore in quanto non solo ha una maggiore conducibilità elettrica e termica, ma è anche abbastanza leggero, flessibile e durevole. Così, le batterie al grafene sono in fase di sviluppo da molti anni ormai e si prevede che diventeranno di uso comune nei prossimi due anni.

Quindi, se siete curiosi di conoscere il grafene, le batterie al grafene e come differiscono dalle vostre batterie standard agli ioni di litio, allora siete atterrati nel posto giusto. Ecco tutto quello che dovete sapere sulle batterie al grafene:

Nota: Questo articolo prevede l’uso di molta terminologia scientifica e chimica, ma abbiamo cercato di semplificarlo il più possibile per la vostra comprensione.

Che cos’è il grafene? Quali sono i suoi benefici?

Invece di immergervi direttamente nel mondo delle batterie al grafene, lasciate che vi parli prima del grafene stesso. Scommetto che la maggior parte di noi ha imparato a scuola che il carbonio esiste in molte forme diverse sulla Terra, dalla grafite al diamante. Beh, questo accade a causa della variegata disposizione degli atomi di carbonio in diversi materiali. Lo stesso vale per il grafene.

Il grafene è una struttura bidimensionale (2D), dove gli atomi sono disposti in piano per formare anelli di carbonio esagonali come un nido d’ape. La struttura è alta solo un atomo ed è una delle scoperte più interessanti degli ultimi tempi, grazie alle sue proprietà. Anche se il grafene è estremamente sottile, leggero e quasi trasparente, questo materiale è diventato noto per essere più resistente del diamante e dell’acciaio. È super forte ed è anche un ottimo conduttore di elettricità.

La struttura esagonale piatta rende più semplice il flusso di elettricità con poca resistenza, offrendo una migliore conducibilità elettrica e termica migliore rispetto al rame metallico più conduttivo. Non sono necessarie condizioni particolari per lo stesso, poiché il Graphene offre una notevole conducibilità a temperatura ambiente, rendendolo così uno dei materiali perfetti per la creazione di batterie di nuova generazione.

VEDI ANCHE  20 Consigli e trucchi di Microsoft Edge

Batterie grafene: In cosa si differenziano dalle batterie agli ioni di litio?

La struttura interna di una batteria al grafene è abbastanza simile a quella di una batteria standard agli ioni di litio. Si hanno 2 elettrodi e una soluzione elettrolitica per consentire il flusso di carica, ma c’è una notevole differenza. Uno degli elettrodi delle batterie a base di grafene, per lo più il catodo, viene sostituito con un materiale composito ibrido (metallo allo stato solido + grafene) utilizzato al posto di un metallo allo stato solido standard.

Mentre le batterie al grafene si sarebbero rivelate molto meglio delle batterie agli ioni di litio molto presto, i ricercatori stanno ora cercando di migliorare le prestazioni delle batterie esistenti che utilizzano il grafene. Potrebbero sfruttare la conducibilità di questo materiale e la maggiore superficie dell’anodo per ottimizzare le batterie agli ioni di litio.

I ricercatori sono anche noti per lavorare su materiali ibridi come l’ossido di vanadio (VO2) e il grafene, che potrebbe anche essere utile per migliorare l’ottimizzazione della batteria, la carica e lo scarico rapido della batteria.

Vantaggi dell’utilizzo di una batteria al grafene

La batteria al grafene è una nuova tecnologia, ma non significa che non sia stata testata. I produttori hanno dedicato molto tempo alla ricerca sulle batterie al grafene e perché non avrebbero dovuto, soprattutto quando è superiore alle batterie agli ioni di litio che usiamo adesso. Diamo quindi un rapido sguardo ai vantaggi dell’utilizzo di una batteria al grafene:

  • Batteria più piccola, più sottile: Abbiamo già discusso di come il grafene sia leggero.  è quando si impilano 3 milioni di strati di grafene che si ottiene 1 mm di spessore. Voglio dire, questo dovrebbe essere sufficiente per dirvi che le batterie al grafene non occuperanno molto spazio nel vostro futuro smartphone. Permetterà ai produttori di inserire batterie di capacità superiore nei vostri telefoni, tablet, laptop e altro ancora.
  • Capacità superiore: Il grafene ha una densità di energia più alta rispetto alle batterie agli ioni di litio. Dove quest’ultimo è noto per immagazzinare fino a 180 Wh per chilogrammo, il grafene è in grado di immagazzinare fino a 1.000 Wh per chilogrammo. Quindi, è possibile avere un pacco batterie al grafene con una capacità maggiore delle stesse dimensioni delle batterie agli ioni di litio.
  • Tempi di ricarica più rapidi: Il grafene è un potente conduttore di energia elettrica in quanto la struttura a nido d’ape non offre alcuna resistenza al flusso di elettroni. Quindi, può caricarsi rapidamente, fornendo anche una maggiore resistenza della batteria rispetto alle batterie agli ioni di litio.
  • Gestione termica: Sì, forse non l’avete indovinato, ma anche il grafene facilita una migliore dissipazione del calore. Può ridurre la temperatura di esercizio della batteria fino a 5 gradi, in modo che il telefono non si riscaldi durante la ricarica o i giochi.
  • Maggiore sicurezza: Si prevede che le batterie al grafene siano molto più sicure delle batterie agli ioni di litio, poiché il materiale è più flessibile e più resistente. Questo significa che i futuri pacchi batteria non avranno bisogno di una tonnellata di custodie protettive, richiedendo meno spazio ed essendo leggeri.
VEDI ANCHE  Cos'è Blockstack e come promette di migliorare la privacy online

Per riassumere il tutto, nei prossimi anni una batteria al grafene farà una scelta migliore rispetto a una batteria agli ioni di litio. Sarà notevolmente più economica, più piccola, più leggera e offrirà una maggiore capacità di immagazzinamento dell’energia elettrica e una maggiore velocità di ricarica.

Carenze della batteria al grafene

Le batterie grafene hanno una serie di vantaggi, ma l’unico difetto che mantiene la sua adozione di massa nei nostri dispositivi è la produzione di massa e i costi che ne derivano nello stesso.

Perché è difficile produrre in serie batterie al grafene? Beh, è a causa della mancanza di una tecnica fattibile per la produzione in serie di grafene di alta qualità. Certamente si potrebbe produrre il grafene a casa usando grafite e nastro adesivo, ma questo non funziona per la produzione di massa delle batterie. La mancanza della stessa fa anche aumentare i costi di produzione, poiché la qualità dei materiali dovrà essere presa in considerazione, che potrebbe arrivare fino a decine o migliaia di dollari.

Attualmente, le batterie al grafene vengono sviluppate in piccole quantità da una manciata di produttori. Ma altri, come Samsung, stanno cercando il modo di abbassare i costi per rendere le batterie di nuova generazione utilizzabili. Si dice che il gigante coreano abbia trovato un modo economico per produrre batterie al grafene e possiamo aspettarci un aggiornamento molto presto.

Commercializzazione delle batterie grafene

Le batterie al grafene hanno un potenziale straordinario e danno risultati migliori rispetto ai pacchi batteria esistenti – cosa che ormai dovrebbe esservi abbastanza chiara. La ricerca in questo campo è stata piuttosto dilagante negli ultimi due decenni, ma dovremo ancora avere pazienza per la sua commercializzazione.

Molte aziende stanno attualmente testando le batterie al grafene o stanno cercando di migliorare le batterie al litio con il grafene per migliorarne le prestazioni, ma al momento non sono completamente disponibili in commercio.

  • La ricerca sul grafene di Samsung

Samsung SDI, il braccio di produzione di batterie del gigante coreano, lavora attivamente in questo campo e negli ultimi anni ha visto molteplici progressi. In primo luogo, abbiamo appreso che Samsung aveva sviluppato ‘sfere di grafene’ in grado di far durare più a lungo le batterie agli ioni di litio (offrendo al contempo il 45% di capacità in più) e di ricaricarle 5 volte più velocemente.

VEDI ANCHE  Aviationstack API: Stato del volo in tempo reale; Global Aviation Data API

Da allora Samsung non ha più parlato dei suoi piani per le batterie al grafene, ad eccezione di una manciata di apparizioni attraverso esposizioni di auto e di elettronica. Tuttavia, ci sono state voci che un nuovo smartphone con batteria al grafene è in lavorazione alla Samsung e potrebbe essere presentato nel 2021 o nel 2021. Si dice che queste batterie si caricano completamente in mezz’ora, rimangono operative a temperature più alte di 60 gradi, ma al momento non siamo a conoscenza della sua capacità e composizione.

  • Ricerca &amplificazione supplementare; OEM

Oltre a Samsung, ci sono diversi produttori di batterie, come CellsX, che stanno già producendo e spedendo batterie al grafene ai suoi partner. Hanno progettato non solo pacchi batteria più piccoli per i banchi di alimentazione (più avanti), ma hanno anche realizzato batterie più grandi per i modelli di quadcopter e di EV. Huawei ha anche presentato un grafene potenziato agli ioni di litio già nel 2016 per offrire un tempo operativo più lungo e facilitare la dissipazione del calore.

Mentre le batterie al grafene devono ancora fare la loro comparsa sui nostri telefoni, è ancora possibile caricarle con un banco di alimentazione a batteria al grafene. Sì, abbiamo alcune batterie al grafene disponibili sul mercato. Chiamati Apollo e Ultron, questi banchi di alimentazione sono andati per il crowdfunding, hanno ottenuto il numero di finanziatori di cui avevano bisogno e stanno già spedendo questi prodotti. Potete leggere tutto su questi banchi di alimentazione proprio qui.

D’altra parte, la rinomata casa automobilistica elettrica Tesla e l’India’s Log9 stanno mostrando un interesse per le batterie metallo-aria. Esse prevedono l’uso di un’asta di grafene come catodo, poiché è porosa e lascia passare l’aria. Le batterie metallo-aria possono aiutare ad aumentare l’efficienza della batteria fino a 5 volte a un terzo del costo, il che suona bene.

VEDERE ANCHE: Le migliori banche di potenza del grafene che si possono acquistare

Le batterie al grafene potrebbero cambiare il gioco

Le batterie al grafene sono sicuramente la prossima grande cosa, perché il carbonio è in abbondanza rispetto al litio, che è un metallo raro. I produttori hanno cercato di utilizzare il materiale grafene in circa tutto fin dalla sua scoperta nel 2004. Quindi, possiamo aspettarci che un certo numero di prodotti carichi di grafene, specialmente le batterie al grafene, si realizzeranno nei prossimi due o tre anni. Saranno ancora limitati a selezionare gli smartphone, ma presto avremo tra le mani almeno un prototipo funzionante. Quali sono le vostre aspettative per le batterie al grafene? Siete entusiasti di avere batterie ancora più grandi? Fatecelo sapere nei commenti qui sotto.

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *