O grafeno será usado em veículos elétricos (VEs)?

Jul 07, 2023

O que é grafeno? O grafeno é um material bidimensional composto por um único plano de átomos com propriedades extraordinárias. Ao contrário de outros materiais em camadas, o grafeno consiste em átomos dispostos num único plano, tornando-o um material verdadeiramente bidimensional. Quando essas camadas bidimensionais são empilhadas em múltiplas camadas, forma-se grafite.

A espessura pode variar dependendo de fatores como empilhamento e interação com substratos. O comportamento mecânico do grafeno é determinado pelas suas dimensões físicas e módulos elásticos, normalmente medidos e caracterizados através de vários métodos experimentais e teóricos.

Grafeno para armazenamento de energiaA grande área superficial do grafeno permite um maior número de sítios ativos, facilitando maiores reações eletroquímicas e aumentando a capacidade de armazenamento de energia em baterias EV de grafeno.

Materiais à base de grafeno para baterias flexíveis de grafeno EV Um estudo de 2019 discute o uso de materiais à base de grafeno para baterias flexíveis. Diferentes arquiteturas macroscópicas de grafeno, incluindo fibras, filmes e aerogéis, são exploradas neste estudo. Os filmes de grafeno demonstram flexibilidade e são usados ​​como coletores de corrente em baterias de íons de lítio (LIBs), melhorando a densidade de energia e o ciclo de vida.

Estruturas tridimensionais (3D) de grafeno, como hidrogéis e aerogéis, oferecem uma grande área superficial e alta porosidade, melhorando a carga de material ativo e a acessibilidade ao eletrólito. Eletrodos à base de grafeno mostram-se promissores em LIBs, baterias de íon de sódio (SIBs), baterias multivalentes de íons metálicos (ZIBs, AIBs) e baterias de lítio-enxofre (baterias Li-S).

Eletrodos flexíveis de grafeno apresentam excelente estabilidade mecânica, alta capacidade, desempenho de taxa e ciclo de vida, tornando-os adequados para diversas aplicações em sistemas flexíveis de armazenamento de energia. Mais pesquisas são necessárias para otimizar e desenvolver ânodos flexíveis para baterias Li-S.

Arquitetura baseada em grafeno com nanofibras de carbono e nanoflocos de dissulfeto de molibdênio (MoS2) As baterias de íon de sódio enfrentam desafios em termos de estabilidade a longo prazo e capacidade de alta taxa. Para superar esses problemas, os pesquisadores em um estudo de 2019 desenvolveram uma arquitetura baseada em grafeno com nanofibras de carbono de penetração vertical (CNFs) e nanoflocos de dissulfeto de molibdênio (MoS2) cultivados in situ. Esta estrutura de grafeno interpenetrada melhora a integridade mecânica e a condutividade elétrica.

A bateria resultante exibe excelente desempenho eletroquímico, incluindo uma capacidade específica de 598 mAh g-1, estabilidade de ciclo de longo prazo de até 1.000 ciclos e excelente desempenho de taxa mesmo em altas densidades de corrente. A grande área superficial, a alta condutividade e a resistência mecânica do grafeno o tornam um material de carbono ideal para aplicações em baterias. A arquitetura exclusiva do grafeno interpenetrado de CNFs com MoS2 é uma promessa para o desenvolvimento de baterias de íons de sódio de alto desempenho com estabilidade e capacidade de taxa aprimoradas.

Vantagens das baterias EV de grafenoAs baterias EV de grafeno têm muitas vantagens em relação às baterias tradicionais usadas em veículos elétricos.

Carregamento mais rápido Uma das principais preocupações associadas às baterias EV tradicionais em comparação com as baterias EV de grafeno é o tempo necessário para carregar estas baterias, uma vez que as baterias tradicionais de iões de lítio demoram várias horas a atingir a carga total, limitando a conveniência e usabilidade dos veículos eléctricos. As baterias de grafeno EV oferecem uma solução para esse desafio, permitindo tempos de carregamento mais rápidos, permitindo o rápido transporte de íons através dos materiais dos eletrodos da bateria. Os pesquisadores prevêem que, com o grafeno, em breve será possível carregar um veículo elétrico em questão de minutos, em vez de horas.

Dissipação TérmicaA condutividade térmica aprimorada das baterias EV de grafeno ajuda a dissipar o calor de forma mais eficiente durante os ciclos de carga e descarga, reduzindo o risco de superaquecimento, aumentando a segurança das baterias EV de grafeno, abordando preocupações relacionadas a incêndios nas baterias e garantindo um sistema de armazenamento de energia confiável e seguro.