+
Sənaye

Yenilənə bilən enerji sistemləri üçün qrafenin potensialı

Yenilənə bilən enerji sistemləri üçün qrafenin potensialı

Qrafenin quruluşu [Şəkil:UCL Riyaziyyat və Fizika Elmləri, Flickr]

Bu ilin əvvəlində, yanvar ayının sonunda, Manchester və Əbu Dabi Universitetləri poladdan 10 qat daha güclü bir petek qəfəsə düzülmüş bir qat karbon atomundan ibarət bir material olan qrafen köpük istehsalında bir layihədə əməkdaşlıq etmək niyyətində olduqlarını açıqladılar. Vahid sahə üçün bir vərəqdən 1000 dəfə yüngül.

Qrafen ilk dəfə 2004-cü ildə Manchester Universitetindəki bir laboratoriyada 1962-ci ildə bir elektron mikroskopu ilə müşahidə olunan bir qat karbon istehsalına və çox nəzəriyyəyə çevrilməyə cəhdlərindən sonra kəşf edildi. Professor Andre Geim və Konstantin Novoselov '' adlı bir prosesi istifadə etdilər. skotç lent texnikası ', təkcə bir atom təbəqəsi qalana qədər qrafen qrafitindən qrafen təbəqələrini təmizləmək üçün skotç lentinin dəfələrlə istifadə olunduğu. Bu, iki alimə 2010-cu ildə Nobel mükafatı qazandırdı.

Yaxın gələcəkdə qrafen potensial olaraq elektrik komponentləri və sensorlar, batareyalar, kompozitlər, ion mübadiləsi membranları və digər məhsullar üçün istifadə edilə bilər. Tədqiqat qrupu, qrafen və bir sıra tətbiqlərdə istifadə edilə bilən iki ölçülü materialları əhatə edən üç layihəyə diqqət ayıracaqdır. Layihələrdən biri, mikro sensorlar yaratmaq üçün ucuz bir inkjet çap texnikasını inkişaf etdirəcəkdir. Bunlar daha sonra enerji sektorunda və hərbi məqsədlər üçün istifadə edilə bilər. Başqa bir layihə qrafenin suyun duzsuzlaşdırılmasında istifadə potensialına baxacaq.

Mühəndislə danışan Mançester Universitetinin professoru Brian Derby, yalnız bir nümunə gətirmək üçün akkumulyator elektrodlarında qrafenin istifadəsinin üstünlüyünün səthinin çox yüksək olması və bununla yanaşı yalnız bir atom qalınlığı olduğunu izah etdi. Bununla birlikdə, materialın faydalı olması üçün atom qalınlığında təbəqələrin 3B cisimdə qablaşdırılması lazımdır. Bu səbəbdən tədqiqatçılar materialı qablaşdırma yollarını inkişaf etdirmək üçün qrafendən köpük istehsal etməyə çalışacaqlar ki, kosmosda yığılsınlar, ancaq səthlərini mümkün qədər tutsunlar. Komanda eyni zamanda qrafen lopalarının bir polimer matrisi içərisinə səpildiyi və beləliklə güclü, lakin hələ də işlənə bilən bir kompozit yaradan kompozitlər hazırlamağı ümid edirlər.

İngiltərənin Exeter Universitetində qrafen tədqiqatı [Şəkil:Exeter Universiteti, Flickr]

Qrafen bərpa olunan enerji sektoruna necə fayda gətirə bilər?

2011-ci ildə Northwestern Universitetinin mühəndisləri qrafen anotlarının enerjini qrafitdən daha yaxşı tutduğunu və bununla da elektrikli nəqliyyat vasitələrində (EV) istifadə daxil olmaqla potensial tətbiqetmələrlə on dəfə daha yaxşı batareyanın doldurulmasını təmin etdiyini aşkar etdilər. 2013-cü ildə Texasdakı Rice Universitetinin tədqiqatçıları, bəzi bor atomlarına əlavə olaraq qrafenin lityum ion batareyaları üçün ultra incə çevik bir anot istehsal etmək üçün istifadə edilə biləcəyini təxmin etdilər. Bor, lityum ionlarının qrafenə yapışmasına kömək edir və bununla da sürətli yüklənməyə kömək edir, bu səbəbdən də Rays Universiteti araşdırması hazırda yeni EV modelləri istehsal edən bir çox avtomobil istehsalçısından biri olan Honda ilə birlikdə aparılmışdır. Kia və Hyundai kimi digər şirkətlər, materiala maraq göstərdilər, hər iki şirkət də yanacaq hüceyrələrində qrafenin istifadəsinə patent verdilər.

Rice Universiteti tədqiqatçıları, vanadyum oksidlə qarışdırılmış qrafenin, 20 saniyədə doldurula bilən və geniş istifadə edildikdən sonra tutumlarının yüzdə 90-dan çoxunu qoruyub saxlaya biləcək yüksək performanslı, qənaətli bir katot inkişaf etdirmək üçün istifadə edilə biləcəyini tapdılar. Qrafen superkondensatorlar üçün də istifadə edilə bilər və UCLA tədqiqatçıları bunun DVD-yə örtülə biləcəyini kəşf etdilər. Bir DVD brülör daha sonra qrafen təbəqəsinə milyonlarla superkapasitör dövrü yazmaq üçün istifadə edilə bilər ki, bu da sonradan təmizlənə və super güclə işləyən bir batareyaya ehtiyac duyan hər kəs tərəfindən istifadə edilə bilər. İsveçdəki elm adamları, qrafenə qırmızı filizə bənzər bir dəmir oksidi növü olan maghemitin də əlavə edilə biləcəyini, nanosrollun içərisinə yuvarlanmasını kəşf etdilər. Bunlar daha sonra lityum ion batareyalarında elektrod kimi istifadə edilə bilər.

Mançester Universitetinin Elektrik və Elektron Mühəndisliyi Fakültəsinin professoru Forsit qrafenin hazırda 200 kiloqram ağırlığında olan batareyaların çəkisini azaltmaqla EV-lərin səmərəliliyini artırmağa kömək edə biləcəyinə inanır. Bu da EV-lərin məsafəsini 100 kilometri aşmağa kömək edə bilər, hal hazırda mənimsənilməsini təxirə salan əsas amildir. Bununla birlikdə, qrafenin batareyalarda istifadəsi enerji yığma sektorunu da inkişaf etdirə bilər; Manchester Universitetinin özü şəhərciyində şəbəkə miqyaslı bir batareya və çevirici sistemini sınaqdan keçirmişdir.

Cenevrə Avtomobil Sərgisində Mercedes SLS AMG E-cell [Şəkil:Cedric Ramirez, Flickr]

Günəş PV ilə əlaqədar olaraq, grafen günəş hüceyrələri üçün yansıma əleyhinə örtüklər inkişaf etdirmək üçün istifadə edilə bilər, Hindistandakı tədqiqatçılar, materialın günəş spektrinin ultrabənövşəyi hissəsi yaxınlığında yansıtmayı yüzdə 35-dən yalnız yüzdə 15-ə endirə biləcəyini tapdılar. Massachusetts Texnologiya İnstitutundan (MIT) Silvija Gradečak, PV hüceyrələrindəki qrafenin daha yüksək gücə çevrilmə effektivliyi verə biləcəyini, Michigan Texnoloji Universitetinin digər tədqiqatçıları isə qrafenin günəş hüceyrəsi elektrodlarında platinin əvəzedicilik itkisi olmadan platini əvəz edə biləcəyini tapdı.

DAHA BAXIN: 10 çox populyar elektrikli vasitə (EV) və hibrid

Material üçün bir başqa potensial istifadə günəş hüceyrələrində Indium Tin Oksidin (ITO) əvəz edilməsidir. Bu nadir və bahalı bir materialdır. Hal-hazırda şəffaf elektrodlar üçün istifadə olunur, eyni zamanda çox qırıqdır. MIT alimləri, qrafen və molibden disülfiddən hazırlanmış yeni bir günəş hüceyrəsi inkişaf etdirəcəyini və bunun nəticəsində adi bir silikon panellərdən 1000 qat daha yüksək məhsuldarlıqla incə və yüngül bir günəş hüceyrəsi meydana gətirəcəyini ümid edirlər.

Yanacaq hüceyrəli elektrikli nəqliyyat vasitələrində (FCEV) qrafen, bərpa olunan hidrogen yanacağının qiymətini azaltmağa kömək edə bilər ki, bu da işlənmə xərclərinin aşağı olması səbəbindən daha çox hidrogen yanacaq stansiyası deməkdir. Azotla qatlanmış və kobaltla artırılmış qrafenin Rays Universiteti alimləri tərəfindən bahalı platini əvəz edən sudan hidrogen istehsalı üçün təsirli və davamlı katalizator olduğu göstərilmişdir.

Bu vaxta qədər, qrafenin iki əsas yenilənə bilən enerji tətbiqetməsi EV-lər üçün günəş hüceyrələri və batareyalar kimi görünür, baxmayaraq ki, materialın ümumi bazarının yarımkeçiricilər, elektroniklər, batareyalar və kompozitlər arasında dəyəri 9 milyon dollardan çoxdur.

Manchester Universitetinin planladığı yeni Graphene Engineering İnnovasiya Mərkəzi (GEIC) [Şəkil:Manchester Universiteti]

İngiltərə indi bununla irəliləyir, Mançester Universiteti 15-də planlaşdırma icazəsi almış ikinci bir mütəxəssis qrafen tədqiqat mərkəzinin inşası yolundadır.ci Fevral. Qrafen Mühəndislik İnnovasiya Mərkəzi (GEIC), qrafenin inkişafına imkan yaratmaq üçün Milli Qrafen İnstitutu (NGI) və təklif olunan Sir Henry Royce Qabaqcıl Material Tədqiqatları İnstitutu ilə əməkdaşlıq edərək qrafen məhsullarının istehsalına və inkişafına yönəldiləcək. məhsulların sona çatdırılması üçün ilkin tədqiqatlar, bununla da Manchester qrafen tədqiqatları üçün aparıcı bir qlobal mərkəz olaraq quruldu. Vurgu, hazırda mövcud materialların təkmilləşdirilməsinə və əsasən Əbu-Dabi bərpa olunan enerji şirkəti Masdar və İngiltərənin İngiltərədəki Tədqiqat Tərəfdaşlığı İnvestisiya Fondu (UKRPIF) üçün Ali Təhsil Maliyyələşdirmə Şurası tərəfindən təmin edilən GEIC-in maliyyələşdirilməsi ilə yeni bazarların açılmasına yönəldiləcəkdir. Mərkəzin 2017-ci ilin sonuna kimi tamamlanması nəzərdə tutulur.


Videoya baxın: Bir lastik bant güçlendirilmiş araba yapmak için nasıl - Hava Car (Yanvar 2021).