Sesto Elemento de la Lamborghini folosește fibra de carbon pentru a-și reduce greutatea la puțin peste 2.000 de lire sterline, dar grafenul ar putea oferi avantaje chiar mai mari de reducere a greutății. Carbonul este baza vieții așa cum o cunoaștem. A fost acolo de la bun început, frământând și fierbând în nucleele stelelor uriașe, înainte să explodeze violent și să creeze elementele de bază ale lumii din jurul nostru.
Acest element, unul dintre cele mai mici și mai ușoare de pe tabelul periodic, are potențialul de a revoluționa industria auto. Poate face acest lucru sub formă de grafen, un strat de carbon practic bidimensional care poate fi utilizat în orice, de la fabricarea bateriilor și a panourilor solare până la biotehnologie și filtrare.
Materialul minune
Grafenul este cel mai puternic material măsurat vreodată. Cel puțin, asta a considerat Universitatea Columbia în 2008.
Profesorul de inginerie mecanică James Hone a spus: „Ar fi nevoie de un elefant, echilibrat pe un creion, pentru a rupe printr-o foaie de grafen grosimea învelișului Saran”.
Dar lucrurile nu sunt doar robuste; este, de asemenea, un conductor termic fantastic la temperatura camerei și este unul dintre cei mai eficienți conductori electrici cunoscuți de om.
Aerogelul grafen este, de asemenea, cel mai ușor material din lume, de șapte ori mai ușor decât aerul. Un metru pătrat al acestuia, cu un singur atom gros și legat într-o rețea hexagonală, cântărește doar 0,7 miligrame.
Grafenul este un sortiment de finisaje pe primul loc. Poate fi folosit pentru a crea ecrane tactile, sisteme de filtrare a apei, nanotuburi de calculator și sisteme de regenerare a țesuturilor. Poate chiar izola particulele de hidrogen din atmosferă.
Și nici măcar nu am ajuns încă la aplicațiile auto.
Viitorul
Imaginați-vă că construiți o mașină dintr-un material de peste 100 de ori mai puternic decât oțelul, care este mult mai ușor și poate conduce electricitatea de 30 de ori mai rapid decât siliciul. Apoi, imaginați-vă că substanța poate funcționa și ca un panou solar uriaș. Obțineți poza? Da, grafenul ar putea schimba jocul.
În 2011, Universitatea de Tehnologie din Sydney a făcut o descoperire semnificativă prin sintetizarea a ceva numit hârtie grafenică (GP), un strat ultra subțire de grafit care are o densitate de cinci până la șase ori mai mică decât oțelul, dar este de două ori mai dur cu 10 ori tensiunea rezistență și rigiditate la îndoire de 13 ori mai mare.
Cu grafen sau un material pe bază de grafen, tot ce ai nevoie pentru a învinge un Ferrari de pe linie este o briză rigidă.
Această durabilitate flexibilă ar putea fi de neprețuit producătorilor de automobile, care ar putea să o folosească ca strat de acoperire pentru module de conducere impermeabile, placări de blindaj pentru vehicule militare și chiar componente de suspensie cu impact ridicat pentru off-roaders.
Gândiți-vă la impactul pe care l-a avut fibra de carbon. Lamborghini Sesto Elemento folosește țesătura polimerică în corp, suspensie, arbore de transmisie și șasiu, reducând greutatea la un nivel de 2.202 de lire sterline. Cu grafen sau un material pe bază de grafen, tot ce ai nevoie pentru a învinge un Ferrari de pe linie este o briză rigidă, nu atât de mare V10.
Nu ești un fan al performanței? Uitați-vă la Visio.M EV din München, un hatchback de 992 de lire sterline care are nevoie de doar 20 de cai putere pentru a parcurge 100 de mile. Și din ce a făcut Visio.M? Plasticul armat cu fibră de carbon (CRFP) și aluminiu, materiale care arată ca plumbul în comparație cu acest „material minune”.
Avansăm în viitor și am putea face din aceste lucruri mașini întregi, până la panourile solare flexibile, fără siliciu, care măsoară o eficiență record de 15,6%.
Totuși, mai ușor de realizat este utilizarea grafenului în dezvoltarea materialelor compozite foarte puternice și a bateriilor compacte și puternice cu litiu-sulf.
Fotografie prin AIP Publishing Potrivit Institutului American de Fizică, bateriile litiu-sulf sunt mult mai dense decât opțiunile litiu-ion și au capacitatea de a stoca de patru ori mai multă energie decât omologii lor. Mai mult, sulful este incredibil de ieftin.
Partea nefericită este că, deși eficiente, aceste baterii au o durată scurtă de viață din cauza modului în care sulful se dizolvă în electroliții lichizi.
Aici intervine grafenul. Cu substanța conductivă care acționează ca o barieră fizică în interiorul bateriei, transferul de energie este încă permis fără degradarea activă a sulfului care are loc cu un contact strâns.
Cu toate acestea, grafenul poate fi utilizat și pentru îmbunătățirea bateriilor litiu-ion.
Cu aceste învelișuri de carbon, rămâneți cu o unitate de stocare a energiei mai ușoară, mai mică, mai ieftină, mai densă și care are o toleranță mai mare la supraîncărcare decât litiu-ion.
Cu toate acestea, grafenul poate fi utilizat și pentru îmbunătățirea bateriilor litiu-ion și nu veți ghici niciodată care producător de automobile produce cele mai mari valuri în acest domeniu.
Se spune că Tesla dezvoltă o tehnologie care va spori gama vehiculelor sale de la aproximativ 300 mile la aproape 500 mile folosind electrozi pentru baterii pe bază de grafen. Amintiți-vă, mediul conduce electricitatea așa cum o pot face puține substanțe, ceea ce înseamnă o capacitate mai mare și o încărcare mai rapidă.
Există însă unele probleme.
Dezavantaje
După cum este scris, nu există mijloace comercializate de producție în masă pentru grafen. Și pentru că este atât de nou (a fost descoperit în 2003 și produs prima dată în 2004), tehnologiile folosite pentru prelucrarea acestuia sunt încă la început. Astfel, sunt scumpe.
Mai precis, crearea super-materialului într-o adevărată formă bidimensională este dificil de realizat la scară largă. Cristalitele 2D tind să se îndoaie în a treia dimensiune atunci când materialul este crescut prin sinteze chimice, astfel încât pentru a crea adevărat material 2D, cercetătorii sunt obligați să folosească alte metode.
Lamborghini Sesto Elemento În prezent, cea mai comună tehnică de sintetizare a grafenului de înaltă calitate este cunoscută sub numele de exfoliere sau decolteu, care îndepărtează monostratele de grafit 3D cu bandă adezivă pentru a ajunge la o singură foaie atomică. După cum probabil puteți ghici, această metodă este extraordinar de ineficientă pentru cantitatea de material compensată.
Dar într-o lume a automobilelor care caută constant să îmbunătățească eficiența și performanța, uneori trebuie să gândești puțin.
Concluzie
Majoritatea experților sunt de acord că tehnologia bateriei este ceea ce împiedică EV-urile. Cu tehnologia actuală, există preocupări privind cheltuielile, greutatea, dimensiunea și - mai ales - gama.
Grafenul este un remediu potențial pentru aproape toate aceste probleme, dar nu se oprește aici.
Acest „material minune” ar putea înlocui componentele selectate din fibră de carbon, oțel și aluminiu care există astăzi în mașinile noastre, ușurându-ne sarcinile în ansamblu în căutarea performanței și eficienței. Este o formulă de mașină sport care poate ajuta pe și în afara pistei.
Uită-te la Ford F-150 din 2015, care a economisit 700 de lire sterline, trecând de la o carcasă din oțel la una din aluminiu. Imaginați-vă ce evoluții ar putea aduce grafenul în următorii 20 de ani. Șoferii zilnici cu greutate plumă care nu au nevoie de energie pentru a se mișca și sunt incredibil de siguri? Înscrie-ne.
Totuși, până în 2014, piața globală a materialului este de aproximativ 20 de milioane de dolari sau cam așa ceva. Dar din nou, începem mici.
Carbonul, elementul constitutiv al întregii vieți de pe Pământ, va fi următorul pas al evoluției auto?
Așteptați și vedeți.
