그래핀 배터리란 무엇이며 기술을 어떻게 변화시킬까요?

그래핀 배터리의 3D 렌더링. — 플롯 플롯/Shutterstock.com

배터리는 우리의 가장 중요한 일상 기술의 핵심입니다. 휴대전화, 노트북, 결국 자동차와 집은 모두 배터리에 에너지를 저장하는 데 의존합니다. 현재 배터리 기술은 훌륭하지만 그래핀 배터리는 이러한 단점을 해결할 수 있습니다.

그래핀이란 정확히 무엇입니까?

이전에 미디어에서 그래핀에 대해 들어본 적이 있을 것입니다. 몇 년마다 이 놀라운 소재가 다양한 기술을 어떻게 변화시킬지에 대한 숨가쁜 예측이 있습니다. 당신이 모를 수도 있는 것은 그래핀이 단지 탄소라는 것입니다. 지구상의 생명체가 기반으로 하고 있는 동일한 물질과 지구상의 엄청나게 풍부한 요소.

그래핀은 본질적으로 결정질 탄소인 흑연의 원자 1개 두께의 결정 격자입니다. 이것은 믿을 수 없을만큼 멋진 것처럼 들리지만 연필과 접착 테이프로 그래핀 조각을 만들 수 있습니다. 하지만 그 공로로 노벨상은 이미 수여되었습니다.

그래핀은 미래 기술의 잠재적인 일부로서 매우 흥미롭게 만드는 몇 가지 속성을 가지고 있습니다. 열 및 전기 전도성이 높습니다. 따라서 고효율로 전기나 열을 옮기고 싶다면 유망한 선택입니다.

그래핀은 또한 높은 수준의 경도와 강도를 나타냅니다. 매우 유연하고 탄력적입니다. 또한 투명하며 햇빛에서 전기를 생산하는 데 사용할 수 있습니다.

그래핀은 대량 생산이 어렵다

이 모든 것이 훌륭하게 들리지만 큰 장애물이 있습니다. 실험실에서 연구를 위해 그래핀 플레이크나 작은 시트를 만드는 것은 쉽지만 대량 생산은 어렵다는 것이 증명되고 있습니다. 이 나노 물질을 안정적으로 대량 생산하는 문제가 아니었다면 오래 전에 제품에 있었을 것입니다.

좋은 소식은 그래핀을 대중 시장에 출시할 만큼 충분히 저렴하게 만들 수 있는 대량 생산에 대한 몇 가지 유망한 방법이 있다는 것입니다. 그래핀 주입 섬유는 이제 합리적인 양으로 만들 수 있습니다. 그래핀은 독성이 높지만 용매를 사용하여 생산할 수도 있습니다. 연구원들은 더 안전한 용매를 연구해 왔으며 그것도 유망한 것으로 보입니다.

그래핀은 현재 종종 화학 기상 증착을 사용하여 만들어집니다. 여기에서 그래핀은 기판 재료의 층으로 형성됩니다. 문제는 그래핀의 불량률이 높다는 점이다. 액체(완전히 평평한 표면)를 기판으로 사용하는 새로운 연구는 결함률 문제를 해결할 수 있습니다. 그래서 우리가 결국 그래핀 대량 생산에 균열을 낸다고 가정한다면, 왜 우리는 그것을 배터리에 원할까요?

리튬 이온 배터리에는 그래핀에 없는 문제가 있습니다

배터리가 폭발한 불타는 휴대폰. — wk1003mike/Shutterstock.com

리튬 배터리는 가전 제품에서 찾을 수 있는 가장 에너지 밀도가 높은 배터리입니다. 스마트폰, 드론, 전기 자동차와 같은 장치를 가능하게 합니다. 그러나 리튬. 배터리는 휘발성이며 안정적으로 유지하려면 광범위한 안전 회로가 필요합니다.

또한 충전할 때마다 성능이 저하되고 한 번에 전달할 수 있는 전력에 제한이 있으며 배터리가 과열되어 폭발하지 않도록 천천히 충전해야 합니다.

그래핀으로 강화된 배터리는 이러한 많은 문제를 해결하거나 완화할 수 있습니다. 현재의 리튬 배터리에 그래핀을 추가하면 용량이 크게 증가하고 빠르고 안전하게 충전할 수 있으며 교체가 필요하기 전에 훨씬 더 오래 사용할 수 있습니다.

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전고체 배터리에는 액체 전해질이 없습니다. 그것은 배터리의 두 단자 사이에 위치하고 전류로 변환되는 화학 에너지를 저장하는 물질입니다. 상업적 사용을 위한 실용적인 대형 고체 배터리를 만드는 것은 여전히 진행 중인 연구 목표이지만 그래핀은 고체 배터리를 대량 시장 현실로 만들기에 적합한 후보가 될 수 있습니다.

그래핀 고체 배터리에서는 일반적으로 비전도성 물질에 전도성을 추가하기 위해 세라믹 또는 플라스틱과 혼합됩니다. 예를 들어, 과학자들은 휘발성 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 배터리에 대한 안전하고 빠른 충전 대안을 위한 청사진이 될 수 있는 그래핀-세라믹 고체 배터리 프로토타입을 만들었습니다.

구입할 수 있는 그래핀 배터리(일종의)

그래핀 배터리는 공상과학 소설에 나오는 것처럼 굉장합니다. 좋은 소식은 그래핀의 이점을 경험하기 위해 실제로 기다릴 필요가 없다는 것입니다. 고체 그래핀 배터리는 아직 몇 년이 걸리지만 그래핀 강화 리튬 배터리는 이미 시장에 나와 있습니다.

예를 들어, 내부에 리튬 배터리를 강화하는 데 도움이 되는 그래핀 구성 요소가 있는 Elecjet의 Apollo 배터리 중 하나를 구입할 수 있습니다. 여기서 주요 이점은 충전 속도이며 Elecjet은 25분 동안 완전히 충전할 수 있다고 주장합니다. 이 배터리는 약간의 그래핀으로 약간만 향상되지만 일반 소비자의 손이 닿지 않는 곳에 둘 만큼 비용이 많이 들지는 않습니다.

향후 몇 년 동안 그래핀 생산 비용이 하락함에 따라 더 많은 장치가 이 놀라운 물질로 리튬 배터리를 강화하는 것을 볼 수 있을 것으로 기대합니다. 머지 않아 고체 그래핀 배터리가 전력 저장 분야의 차세대 혁명이 될 것입니다.