Samsung задумал прорваться на рынок аккумуляторов, он планирует заменить в нем графит на графен, а литий на алюминий, но впереди борьба за снижение цены на графен.
О замечательных свойствах графена (двухмерной аллотропной модификации углерода, являющейся по сути одной плоскостью графита, который представляет собой грифель любого простого карандаша) ученым уже
известно давно. Так, графен обладает целым рядом рекордных свойств – электропроводностью, теплопроводностью, механической жесткостью, и по-прежнему рассматривается как перспективный материал в
целом ряде отраслей и как заменитель кремния в транзисторах. Химически графен инертнен, не подвержен коррозии и чрезвычайно легок.
Однако дебютирование на рынке устройств массового выпуска графен, что удивительно, произведет в составе куда более простого, но не менее важного для любого гаджета, чем процессор или его компоненты
– в аккумуляторе.
Графит входит в состав любого Li-Ion или Li-Pol аккумулятора, так как является основой их анодов. Эксперимент с заменой графита на графен начала компания Huawei, ставившая цель сделать Li-Ion
аккумулятор более безопасным вследствие улучшения проводимости благодаря графену, а значит обладающим меньшим тепловыделением, и более высокой скоростью заряда. В серийное производство свою
разработку Huawei не отправила в связи с высокой стоимостью получения графена из графита (по сути графит представляет собой сажу, не обладающей высокой себестоимостью), однако другие производители
обратили внимание на идею Huawei.
Samsung увидел возможность в прорыве на рынке аккумуляторов, достижимой при замене в нем одновременно лития на алюминий, вероятно с добавлением небольшого количества магния в виде сплава (как
правило, порядка 6%). Несмотря на то, что алюминий известен практически каждому, низкое напряжение после небольшого цикла перезарядов не дало ему возможности стать основным металлом для
аккумулятора, и он уступил это место литию. Применение графена дало возможность сделать напряжение батареи постоянно высоким, а магнию служить промежуточным компонентом.
Во всех аккумуляторных батареях на основе лития строго контролируется скорость заряда. Лимитированный уровень заряда необходим для недопущения перегрева аккумулятора, который пожароопасен из-за
высокой химической активности лития – щелочного металла, способного воспламеняться на воздухе, особенно влажном или при попадании воды внутрь аккумулятора (при повреждении аккумулятора). Алюминий
обладает низкой пожарной опасностью, даже при повреждении аккумулятора, благодаря образующейся оксидной пленке, защищающей металл от глубинного окисления. По этой причине повреждение аккумулятора
практически не представляет опасности, а попадание его в открытый огонь не взрывоопасно, в отличие от всех литиевых аккумуляторов. Совокупная емкость магний-алюминий-графенового аккумулятора
примерно в 2-3 раза способна превысить литиевый, так как литий, несмотря на самое высокое значение стандартного электродного потенциала, одновалентен, в то же время как магний – двухвалентен, а
алюминий трехвалентен. Следовательно, его емкость также будет выше.
О фантастических свойствах нового аккумулятора сообщаются также другие сведения. Батарея может быть гибкой без риска повреждений (выдерживает до 10 циклов деформации), способна работать в широком
диапазоне температур (от -40 до +120 ̊C), что также немаловажно для российских покупателей, испытывающих сложности использования смартфонов в условиях низких температур, которые теряют емкость
из-за этого. Если обычная Li-Ion аккумуляторная батарея рассчитана до 1000 циклов заряда-разряда, то магний-алюминий-графеновый способен выдержать 250 тысяч циклов заряда-разряда, потеряв всего 10%
от начальной емкости. Пользуясь одним девайсом даже всю жизнь, человек вряд ли достигнет этого процента.
Аккумулятор нового типа сможет выдерживать гораздо более высокие токи заряда, благодаря чему зарядка аккумулятора вместо 1,5 часов сможет занимать не более 10 минут.
Не все эксперты, однако, единодушны в настолько великолепном дебюте аккумулятора нового типа. Насколько хороши они окажутся, покажет недалекое будущее — Samsung намеревается в 2020-2021 году
выпустить хотя бы один смартфон на новом аккумуляторе. По заявлению самой же корейской компании его характеристики окажутся немного скромнее: полная (0-100%) зарядка за 30 минут, остальные
характеристики компания пока что не раскрывает.
Одной из проблем нового аккумулятора является проблема компактности, или зависимость емкости аккумулятора от размера. Для Li-Ion аккумулятора она практически линейна, алюминий-графеновый
аккумулятор, несмотря на более высокую эффективность при оптимальном размере, в компактных устройствах вроде смартфонов емкость будет для него слишком маленькой.
Однако главной проблемой широкого распространения нового аккумулятора станет чрезвычайная дороговизна и сложность промышленного производства графена из графита. Цена качественного графенового
порошка составляет около $300 за грамм, следовательно аккумулятор для смартфонов будет в несколько десятков раз дороже Li-Ion аналога. Однако в перспективе разработка более дешевых способов
получения графена приведет к снижению его себестоимости, а также еще более важной окажется для электромобилей, вполне возможно, способных в будущем полностью вытеснить двигатели внутреннего
сгорания. О своих достижениях автопроизводители не сообщают, но автомобильный пробег Tesla Mobil S на одной зарядке может достигать 800-1000 км, а время зарядки током высокой энергии – не более
10-12 минут. При этом будут сохраняться все преимущества электромобилей – не будет необходимости в коробке передач, КПД будет достигать 90-95%, не будет загрязнения окружающей среды выхлопными
газами.
