¿Se utilizará el grafeno en los vehículos eléctricos (EV)?

Jul 07, 2023

¿Qué es el grafeno? El grafeno es un material bidimensional compuesto por un único plano de átomos con propiedades extraordinarias. A diferencia de otros materiales estratificados, el grafeno está formado por átomos dispuestos en un solo plano, lo que lo convierte en un material verdaderamente bidimensional. Cuando estas capas bidimensionales se apilan en varias capas, se forma grafito.

El espesor puede variar dependiendo de factores como el apilamiento y la interacción con los sustratos. El comportamiento mecánico del grafeno está determinado por sus dimensiones físicas y módulos elásticos, normalmente medidos y caracterizados mediante diversos métodos experimentales y teóricos.

Grafeno para almacenamiento de energíaLa gran superficie del grafeno permite una mayor cantidad de sitios activos, lo que facilita mayores reacciones electroquímicas y aumenta la capacidad de almacenamiento de energía en las baterías de grafeno para vehículos eléctricos.

Materiales a base de grafeno para baterías flexibles de grafeno para vehículos eléctricos Un estudio de 2019 analiza el uso de materiales a base de grafeno para baterías flexibles. En este estudio se exploran diferentes arquitecturas macroscópicas del grafeno, incluidas fibras, películas y aerogeles. Las películas de grafeno demuestran flexibilidad y se utilizan como colectores de corriente en baterías de iones de litio (LIB), lo que mejora la densidad de energía y la vida útil.

Las estructuras de grafeno tridimensionales (3D), como los hidrogeles y aerogeles, ofrecen una gran superficie y una alta porosidad, lo que mejora la carga de material activo y la accesibilidad a los electrolitos. Los electrodos a base de grafeno son prometedores en LIB, baterías de iones de sodio (SIB), baterías de iones de metal multivalentes (ZIB, AIB) y baterías de litio-azufre (baterías Li-S).

Los electrodos de grafeno flexibles exhiben una excelente estabilidad mecánica, alta capacidad, rendimiento de velocidad y vida útil cíclica, lo que los hace adecuados para diversas aplicaciones en sistemas de almacenamiento de energía flexibles. Se requieren más investigaciones para optimizar y desarrollar ánodos flexibles para baterías Li-S.

Arquitectura basada en grafeno con nanofibras de carbono y nanocopos de disulfuro de molibdeno (MoS2) Las baterías de iones de sodio enfrentan desafíos en cuanto a estabilidad a largo plazo y capacidad de alta velocidad. Para superar estos problemas, los investigadores en un estudio de 2019 desarrollaron una arquitectura basada en grafeno con nanofibras de carbono (CNF) que penetran verticalmente y nanoescamas de disulfuro de molibdeno (MoS2) cultivadas in situ. Esta estructura de grafeno interpenetrado mejora la integridad mecánica y la conductividad eléctrica.

La batería resultante exhibe un rendimiento electroquímico excepcional, incluida una capacidad específica de 598 mAh g-1, estabilidad cíclica a largo plazo de hasta 1000 ciclos y excelente rendimiento de velocidad incluso con altas densidades de corriente. La gran superficie del grafeno, su alta conductividad y resistencia mecánica lo convierten en un material de carbono ideal para aplicaciones de baterías. La arquitectura única del grafeno interpenetrado de CNF con MoS2 es prometedora para el desarrollo de baterías de iones de sodio de alto rendimiento con estabilidad y capacidad de velocidad mejoradas.

Ventajas de las baterías de grafeno para vehículos eléctricosLas baterías de grafeno para vehículos eléctricos tienen muchas ventajas sobre las baterías tradicionales utilizadas en vehículos eléctricos.

Carga más rápida Una de las principales preocupaciones asociadas con las baterías de vehículos eléctricos tradicionales en comparación con las baterías de grafeno para vehículos eléctricos es el tiempo necesario para cargarlas, ya que las baterías tradicionales de iones de litio tardan varias horas en alcanzar la carga completa, lo que limita la comodidad y usabilidad de los vehículos eléctricos. Las baterías de grafeno para vehículos eléctricos ofrecen una solución a este desafío al permitir tiempos de carga más rápidos al permitir un rápido transporte de iones a través de los materiales de los electrodos de la batería. Los investigadores anticipan que con el grafeno pronto será posible cargar un vehículo eléctrico en cuestión de minutos en lugar de horas.

Disipación térmicaLa conductividad térmica mejorada de las baterías de grafeno para vehículos eléctricos ayuda a disipar el calor de manera más eficiente durante los ciclos de carga y descarga, lo que reduce el riesgo de sobrecalentamiento, mejora la seguridad de las baterías de grafeno para vehículos eléctricos, aborda las preocupaciones relacionadas con los incendios de las baterías y garantiza un sistema de almacenamiento de energía confiable y seguro.

Ligero y compacto Los materiales compuestos a base de grafeno se utilizan para crear electrodos más delgados y livianos para las baterías de grafeno para vehículos eléctricos sin comprometer el rendimiento, lo que resulta en una mejor eficiencia energética y una mayor autonomía de conducción debido al peso total reducido del vehículo. Además, la naturaleza compacta de las baterías de grafeno para vehículos eléctricos permite un embalaje más eficiente, maximizando el espacio disponible dentro del vehículo y mejorando la flexibilidad del diseño.

Beneficios ambientales de las baterías de grafeno para vehículos eléctricos Las baterías de grafeno para vehículos eléctricos presentan varios beneficios medioambientales, ya que las técnicas de producción de grafeno se han vuelto más respetuosas con el medio ambiente, utilizan métodos escalables y reducen el consumo de energía. Además, la mayor eficiencia energética de las baterías de grafeno para vehículos eléctricos da como resultado una reducción de las emisiones de carbono durante el funcionamiento de los vehículos eléctricos, lo que las convierte en una alternativa más ecológica a los vehículos convencionales.

Desafíos y perspectivas futuras de las baterías de grafeno para vehículos eléctricos Mientras el mundo busca hacer la transición hacia un futuro más limpio y sostenible, el uso de baterías de grafeno para vehículos eléctricos representa un importante paso adelante para revolucionar el sector del transporte. Si bien el grafeno tiene un inmenso potencial para revolucionar las baterías de vehículos eléctricos, es necesario abordar varios desafíos antes de la adopción generalizada de las baterías de grafeno para vehículos eléctricos.

La escalabilidad de la producción de grafeno, la rentabilidad y la integración en los procesos de fabricación de baterías existentes se encuentran entre las áreas clave de atención para los investigadores y expertos de la industria. A pesar de estos desafíos, los avances logrados en las baterías de grafeno para vehículos eléctricos para almacenamiento de energía son prometedores. Con la investigación y el desarrollo en curso, se espera que la integración de baterías de grafeno para vehículos eléctricos sea más práctica y económicamente viable en los próximos años.

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