Lamborghinijev Sesto Elemento z ogljikovimi vlakni zmanjša svojo težo na nekaj več kot 2000 kilogramov, vendar bi grafen lahko ponudil še večje prednosti pri zmanjševanju teže. Ogljik je osnova življenja, kakršnega poznamo. Tam je že od samega začetka, meša in vre v jedrih orjaških zvezd, preden je silovito eksplodiral in ustvaril gradnike sveta okoli nas.
Ta element, eden najmanjših in najlažjih v periodnem sistemu, lahko revolucionira avtomobilsko industrijo. To lahko stori v obliki grafena, tako rekoč dvodimenzionalne plasti ogljika, ki se lahko uporablja v vsem, od proizvodnje baterij in sončnih celic do biotehnologije in filtracije.
Čudovit material
Grafen je najmočnejši material, kdaj izmerjen. Vsaj tako je leta 2008 menila univerza Columbia.
Profesor strojništva James Hone je dejal: "Slon, uravnotežen na svinčniku, bi moral prebiti list grafena v debelini saranskega ovoja."
Toda stvari niso samo trpežne; je tudi fantastičen toplotni vodnik pri sobni temperaturi in je eden najučinkovitejših električnih vodnikov, ki jih pozna človek.
Grafenski aerogel je tudi najlažji material na svetu, sedemkrat lažji od zraka. Njegov kvadratni meter, en sam atom debel in vezan v šestkotno mrežo, tehta le 0,77 miligrama.
Graphene je izbor prvovrstnih zaključkov. Uporablja se lahko za ustvarjanje zaslonov na dotik, sistemov za filtriranje vode, računalniških nanocevk in sistemov za regeneracijo tkiv. Lahko celo izolira delce vodika v ozračju.
In do avtomobilskih aplikacij še nismo prišli.
Prihodnost
Predstavljajte si, da avtomobil izdelate iz 100-krat močnejšega materiala od jekla, ki je množice lažji in lahko 30-krat hitreje prevaja elektriko kot silicij. Nato si predstavljajte, da bi ta snov lahko delovala tudi kot velikanska sončna plošča. Razumete sliko? Ja, grafen bi lahko spremenil igro.
Leta 2011 je Univerza za tehnologijo v Sydneyju naredila pomemben preboj s sintezo nečesa, imenovanega grafenski papir (GP), ultra tanke plasti grafita, ki ima pet- do šestkrat manjšo gostoto kot jeklo, vendar je dvakrat težja z 10-kratno natezno trdnost in 13-krat večja upogibna togost.
Z grafenom ali materialom na osnovi grafena je vse, kar potrebujete za premagovanje Ferrarija, le močan vetrič.
Ta prilagodljiva vzdržljivost bi bila lahko neprecenljiva za proizvajalce avtomobilov, ki bi jo lahko uporabili kot prevleko za neprepustne vozniške module, oklepnike za vojaška vozila in celo sestavne dele vzmetenja za terenske avtomobile.
Pomislite na vpliv ogljikovih vlaken. Lamborghini Sesto Elemento uporablja polimerno vezavo v karoseriji, vzmetenju, pogonski gredi in podvozju, kar zmanjša težo na pičlih 2.202 kilogramov. Z grafenom ali materialom na osnovi grafena je vse, kar potrebujete za premagovanje Ferrarija, le močan vetrič in ne tako velik V10.
Niste ljubitelj uspešnosti? Poglej münchenski Visio.M EV, 992 kilogramov težkega kombilimuzine, ki potrebuje le 20 konjskih moči za 100 milj. In iz česa je narejen Visio.M? Plastika, ojačana z ogljikovimi vlakni (CRFP) in aluminij, materiali, ki so v primerjavi s tem "čudesnim materialom" videti kot svinec.
Hitro naprej v prihodnost in iz teh stvari bi lahko izdelali celotne avtomobile, vse do prožnih sončnih kolektorjev brez silicija, ki merijo rekordno 15,6-odstotno učinkovitost.
Bolj dosegljiva pa je uporaba grafena pri razvoju super močnih kompozitnih materialov in kompaktnih, močnih litij-žveplenih baterij.
Fotografija prek založništva AIP Po podatkih Ameriškega inštituta za fiziko so litij-žveplene baterije veliko gostejše od litij-ionskih možnosti in imajo sposobnost shranjevanja štirikrat več energije kot njihovi kolegi. Poleg tega je žveplo neverjetno poceni.
Žal je, da imajo te baterije, čeprav so učinkovite, kratko življenjsko dobo, saj se žveplo raztopi v tekoče elektrolite.
Tu vstopi grafen. S prevodno snovjo, ki deluje kot fizična pregrada znotraj akumulatorja, je prenos energije še vedno dovoljen brez razgradnje aktivnega žvepla, ki nastane ob tesnem stiku.
Grafen pa lahko uporabimo tudi za izboljšanje litij-ionskih baterij.
S temi ogljikovimi pokrovi vam ostane enota za shranjevanje energije, ki je lažja, manjša, cenejša, bolj gosta in ima večjo toleranco za prekomerno polnjenje kot litij-ionska.
Grafen pa lahko uporabimo tudi za izboljšanje litij-ionskih baterij in nikoli ne boste uganili, kateri proizvajalec avtomobilov dela največje valove na tem področju.
Tesla naj bi razvijal tehnologijo, ki bo z uporabo baterijskih elektrod na osnovi grafena povečala doseg svojih vozil s približno 300 km na skoraj 500 milj. Ne pozabite, da medij prevaja elektriko tako kot malo snovi, kar pomeni večjo zmogljivost in hitrejše polnjenje.
Obstaja pa nekaj težav.
Pomanjkljivosti
Kot je zapisano, ni komercialnih sredstev za množično proizvodnjo grafena. In ker je tako nov (odkrit je bil leta 2003 in prvič izdelan leta 2004), so tehnologije, ki se uporabljajo za njegovo obdelavo, šele v povojih. Tako so drage.
Natančneje, težko je v velikem obsegu ustvariti super-material v resnični dvodimenzionalni obliki. 2D kristaliti se po navadi upognejo v tretjo dimenzijo, ko material gojijo s kemičnimi sintetiziranimi materiali, zato so za ustvarjanje pravega 2D materiala raziskovalci prisiljeni uporabljati druge metode.
Lamborghini Sesto Elemento Trenutno je najpogostejša tehnika sinteze visokokakovostnega grafena znana kot piling ali cepitev, ki z lepilnim trakom odlepi enoplaste 3D grafita, da pride do enega atomskega lista. Kot lahko verjetno ugibate, je ta metoda izjemno neučinkovita za količino mrežnega materiala.
Toda v avtomobilskem svetu, ki si nenehno želi izboljšati učinkovitost in zmogljivost, je včasih treba razmišljati majhno.
Zaključek
Večina strokovnjakov se strinja, da je baterijska tehnologija tista, ki ovira EV. Pri sedanji tehnologiji obstajajo pomisleki glede stroškov, teže, velikosti in predvsem dosega.
Grafen je potencialno zdravilo za skoraj vsa ta vprašanja, vendar se pri tem ne ustavi.
Ta "čudežni material" bi lahko nadomestil izbrane sestavne dele iz ogljikovih vlaken, jekla in aluminija, ki danes obstajajo v naših avtomobilih, in nam na splošno olajšal obremenitve v iskanju zmogljivosti in učinkovitosti. Gre za formulo športnega avtomobila, ki lahko pomaga na progi in zunaj nje.
Poglejte si Ford F-150 iz leta 2015, ki je s prehodom iz jeklenega na aluminijasto ohišje prihranil 700 kilogramov. Predstavljajte si, kakšen razvoj bi grafen lahko prinesel v naslednjih 20 letih. Peresni dnevni vozniki, ki skoraj nič ne potrebujejo za vožnjo in so neverjetno varni? Prijavite se.
Kar zadeva leto 2014, pa je svetovni trg materiala skromnih 20 milijonov dolarjev. Toda spet začenjamo z majhnimi.
Bo ogljik, gradnik vsega življenja na Zemlji, naslednji korak avtomobilskega razvoja?
Počakaj in boš videl.
