Графен - Як двовимірний вуглець може покращити автомобілі

Lamborghini Sesto Elemento Sesto Elemento Lamborghini використовує вуглецеве волокно, щоб зменшити його вагу до трохи більше 2000 фунтів, але графен може запропонувати ще більші переваги щодо економії ваги. Вуглець - основа життя, яким ми його знаємо. Він був там із самого початку, збиваючись і киплячи в ядрах гігантських зірок, до сильного вибуху та створення будівельних блоків навколишнього світу.

Цей елемент, один із найменших і найлегших в періодичній системі, може революціонізувати автомобільну промисловість. Він може зробити це у формі графену, практично двовимірного шару вуглецю, який може бути використаний у всьому - від виробництва акумуляторів та сонячних панелей до біотехнологій та фільтрації.

Чудо-матеріал

Графен - найміцніший матеріал, коли-небудь вимірюваний. Принаймні, так вважав Колумбійський університет у 2008 році.

Професор машинобудування Джеймс Хоун сказав: "Потрібен був би слон, збалансований на олівці, щоб пробити лист графену товщиною саранської обгортки".

Але речі не просто міцні; це також фантастичний теплопровідник при кімнатній температурі, і це один з найефективніших електричних провідників, відомих людині.

Графеновий аерогель також є найлегшим матеріалом у світі, в сім разів легшим за повітря. Один його квадратний метр, товщиною одного атома і зв’язаним у шестигранній решітці, важить лише 0,77 міліграма.

Графен

Графен - це асортимент першокласних обробок. З його допомогою можна створювати сенсорні екрани, системи фільтрації води, комп’ютерні нанотрубки та системи регенерації тканин. Він навіть може ізолювати частинки водню в атмосфері.

І ми ще навіть не дійшли до автомобільних додатків.

Майбутнє

Уявіть, як побудувати автомобіль із матеріалу, який у 100 разів міцніший за сталь, який у багато разів легший і може проводити електрику в 30 разів швидше, ніж кремній. Тоді уявіть, що ця речовина також може функціонувати як гігантська сонячна панель. Отримуєте картину? Так, графен міг змінити ігри.

Ще в 2011 році Технологічний університет Сіднея здійснив значний прорив, синтезуючи щось, що називається графеновим папером (GP), надтонким шаром графіту, який має в п'ять-шість разів меншу щільність, ніж сталь, але в два рази складніше, при 10-кратному розтягуванні міцність і в 13 разів більша жорсткість на вигин.

З графеном або матеріалом на основі графена все, що вам потрібно, щоб перемогти Ferrari з лінії - це сильний вітерець.

Ця гнучка довговічність може бути неоціненною для виробників автомобілів, які можуть використовувати її як покриття для непроникних модулів драйверів, броньованих покриттів для військових автомобілів і навіть високоефективних підвісних елементів для позашляховиків.

Подумайте про вплив вуглецевого волокна. Lamborghini Sesto Elemento використовує полімерне переплетення в кузові, підвісці, карданному валі та шасі, зменшуючи вагу до мізерних 2202 фунтів. З графеном або матеріалом на основі графена все, що вам потрібно для того, щоб обіграти Ferrari, - це сильний вітер, а не такий великий V10.

Не фанат продуктивності? Подивіться на мюнхенський Visio.M EV, 992-кілограмовий хетчбек, якому потрібно всього 20 кінських сил, щоб проїхати 100 миль. А з чого виготовлений Visio.M? Армований вуглецевим волокном пластик (CRFP) та алюміній - матеріали, схожі на свинець у порівнянні з цим "чудовим матеріалом".

Швидко вперед у майбутнє, і ми потенційно можемо виготовляти з цього матеріалу цілі машини, аж до гнучких, без кремнію сонячних панелей, які вимірюють рекордну 15,6-відсоткову ефективність.

Однак більш досяжним є використання графену при розробці надміцних композиційних матеріалів та компактних, потужних літій-сірчаних батарей.

MAPL-Xi-катод Фотографія через AIP Publishing

За даними Американського інституту фізики, літій-сірчані акумулятори набагато щільніші, ніж літій-іонні, і здатні зберігати в чотири рази більше енергії, ніж їхні аналоги. Крім того, сірка неймовірно дешева.

Невдала сторона полягає в тому, що, хоча батареї ефективні, вони мають короткий термін служби через те, як сірка розчиняється в рідких електролітах.

Саме тут надходить графен. З провідною речовиною, яка діє як фізичний бар’єр всередині батареї, передача енергії все ще дозволена без активної деградації сірки, що відбувається при тісному контакті.

Проте графен можна використовувати для вдосконалення літій-іонних батарей.

Завдяки цим вуглецевим кожухам у вас залишається блок зберігання енергії, який є легшим, меншим, дешевшим, щільнішим і має вищий допуск на перезарядку, ніж іонний літій.

Однак графен можна використовувати і для вдосконалення літій-іонних акумуляторів, і ви ніколи не здогадаєтесь, який автовиробник робить найбільші хвилі в цій галузі.

Повідомляється, що Tesla розробляє технологію, яка дозволить збільшити дальність своїх автомобілів з приблизно 300 миль до майже 500 миль, використовуючи електроди на базі графена. Пам’ятайте, середовище проводить електрику так, як мало речовин може, що означає більшу ємність і швидшу зарядку.

Однак є деякі проблеми.

Недоліки

Як написано, комерціалізованих засобів масового виробництва графену не існує. І оскільки він настільки новий (його було відкрито в 2003 році і вперше виготовлено в 2004 році), технології, що використовуються для його обробки, ще перебувають у зародковому стані. Таким чином, вони дорогі.

Більш конкретно, створити надматеріал у справжній двовимірній формі важко у великих масштабах. Двовимірні кристаліти мають тенденцію згинатися у третій вимір, коли матеріал вирощується за допомогою хімічного синтезу, тому для створення справжнього 2D-матеріалу дослідники змушені використовувати інші методи.

Lamborghini Sesto Elemento Lamborghini Sesto Elemento

В даний час найпоширеніша техніка синтезу високоякісного графену відома як відшарування або розщеплення, яка відшаровує моношари тривимірного графіту клейкою стрічкою, щоб дістатись до одного атомного листа. Як ви, напевно, можете здогадатися, цей метод надзвичайно неефективний щодо кількості занесеного в матеріал матеріалу.

Але в автомобільному світі, який постійно прагне покращити ефективність та продуктивність, іноді доводиться думати про маленьке.

Висновок

Більшість експертів сходяться на думці, що саме технологія акумуляторів стримує електромобілі. При сучасній технології існує загроза витрат, ваги, розміру та, головне, діапазону.

Графен є потенційним засобом вирішення майже всіх цих проблем, але на цьому він не зупиняється.

Цей "дивовижний матеріал" міг би замінити окремі компоненти вуглецевого волокна, сталі та алюмінію, які існують сьогодні в наших автомобілях, загалом полегшивши наші навантаження в пошуках ефективності та ефективності. Це формула спортивного автомобіля, яка може допомогти на трасі та поза нею.

Подивіться на Ford F-150 2015 року, який заощадив 700 фунтів, переключившись зі сталевого на алюмінієвий кузов. Уявіть, який розвиток може дати графен у найближчі 20 років. Щоденні водії у напівважкій формі, яким майже не потрібна потужність для руху, і вони неймовірно безпечні? Підпишіть нас.

Що стосується 2014 року, то глобальний ринок цього матеріалу становить лише 20 мільйонів доларів. Але знову ж таки, ми починаємо з малого.

Чи буде вуглець, будівельний матеріал усього життя на Землі, наступним кроком автомобільної еволюції?

Зажди і побачиш.

Останні повідомлення

$config[zx-auto] not found$config[zx-overlay] not found