L’application du graphène dans le domaine de la distribution d’énergie est une idée très avant-gardiste. Ce matériau d'atome de carbone monocouche, en raison de son excellente conductivité électrique, de sa conductivité thermique et de sa résistance mécanique, est considéré comme ayant le potentiel de changer complètement la façon dont nous transmettons et distribuons l'énergie électrique, des réseaux électriques à haute tension aux dispositifs microélectroniques.
Pourquoi le graphène peut être utilisé pour la distribution d'énergie
Est-ce précisément la structure atomique du graphène qui contient la source du potentiel énergétique ? Voyons, chaque atome de carbone est relié par de fortes liaisons chimiques pour former un réseau en nid d'abeille bidimensionnel. Une telle structure permet aux électrons de la traverser presque sans aucune entrave, de sorte que sa conductivité électrique dépasse de loin celle des conducteurs traditionnels tels que le cuivre. Dans le domaine de la distribution d'énergie, cela signifie des pertes en ligne extrêmement faibles.
La résistance du fil provoque la génération de chaleur par le courant pendant le processus de transmission, provoquant ainsi un gaspillage d'énergie. La conductivité ultra-élevée du graphène peut minimiser cette perte, améliorant ainsi l'efficacité globale du réseau électrique. De plus, son excellente conductivité thermique peut également aider à dissiper rapidement la chaleur limitée générée lors du passage du courant, assurant ainsi la stabilité du système.
Comment les câbles en graphène réduisent les pertes de transmission de puissance
Les pertes causées par le transport sur les réseaux électriques traditionnels représentent des charges énergétiques et économiques extrêmement énormes. Le principal avantage des câbles en graphène réside dans leur résistance CC presque nulle. Théoriquement, les câbles en graphène de haute qualité peuvent atteindre des pertes de transmission de puissance extrêmement faibles, voire nulles, à température ambiante.
Cela permettra non seulement d’économiser beaucoup de coûts de production d’électricité, mais également de réduire le besoin de nouvelles centrales électriques. En termes de transmission d'énergie sur de longues distances, comme la transmission d'énergie depuis des bases d'énergie éolienne ou solaire éloignées vers les villes, les avantages économiques et environnementaux des câbles en graphène deviendront de plus en plus étonnants. Il s’agit peut-être d’un matériau clé pour concrétiser le concept d’Internet énergétique mondial.
Le rôle du graphène dans la distribution d’énergie dans l’électronique flexible
Les futurs appareils électroniques qui évoluent vers la flexibilité et la portabilité posent de nouveaux défis aux circuits de distribution d’énergie internes. Les fils métalliques traditionnels sont sujets à la fatigue et à la casse, et le graphène, à la fois flexible et hautement conducteur, constitue un matériau alternatif idéal.
Il peut être transformé en encre et imprimé sur un substrat flexible pour produire des lignes conductrices pliables et étirables. Ces lignes peuvent distribuer efficacement l’énergie des batteries flexibles ou des collecteurs vers divers composants. Cela montre que les futurs vêtements intelligents et téléphones portables pliables pourraient être remplis de « vaisseaux sanguins » en graphène, à la fois légers et durables.
L'impact de la dissipation thermique du graphène sur la stabilité du système énergétique
Les équipements de distribution d'énergie tels que les transformateurs, les onduleurs et les puces génèrent une grande quantité de chaleur pendant leur fonctionnement. S’ils surchauffent, ils réduiront l’efficacité et provoqueront des dysfonctionnements. Le graphène est le matériau ayant la conductivité thermique la plus élevée actuellement connue, ce qui en fait un outil efficace pour résoudre les problèmes de dissipation thermique.
Des films de graphène ou des matériaux composites sont appliqués à l'interface de dissipation thermique des équipements de haute puissance. La chaleur du point chaud peut être dissipée rapidement et uniformément, et les températures locales élevées peuvent être évitées. Quels résultats peut-on obtenir ? La stabilité opérationnelle de l'équipement peut être améliorée, la durée de vie peut également être prolongée et l'équipement peut être autorisé à fonctionner dans des conditions de densité de puissance plus élevées, permettant ainsi de réduire la taille de l'équipement, ce qui est très important pour les dispositifs électroniques de puissance compacts.
L’énigme de la répartition de la charge dans les batteries au graphène
Bien que le graphène soit souvent préconisé pour être utilisé dans les électrodes des batteries afin d’améliorer les performances, son rôle dans la distribution rapide de la charge au sein de la batterie est également crucial. Lors d'une charge et d'une décharge à haute puissance, la transmission de charge en profondeur dans le matériau de l'électrode n'est pas fluide, ce qui limite les performances de la batterie.
L'intégration du graphène en tant que réseau conducteur tridimensionnel dans les électrodes peut créer une « autoroute de charge » à grande vitesse afin que les ions ou les électrons du lithium puissent atteindre rapidement tous les coins du matériau actif. Cela améliore considérablement l’efficacité de la distribution de charge et constitue l’une des voies techniques clés pour obtenir une charge rapide de la batterie et une puissance de sortie élevée. Cependant, construire un réseau idéal à faible coût et à grande échelle reste un défi.
Obstacles à la production à grande échelle de matériaux énergétiques à base de graphène
Bien que ses perspectives soient prometteuses, la technologie de distribution d’énergie au graphène se heurte toujours à de sérieux obstacles en matière d’industrialisation, depuis les laboratoires jusqu’aux réseaux électriques et aux usines. Le plus gros goulot d’étranglement réside dans la manière de produire des matériaux graphène de haute qualité sur de grandes surfaces, en grande quantité et de manière stable, à faible coût.
De nos jours, de nombreuses méthodes sont difficiles à prendre en compte à la fois la qualité, le rendement et le coût. Par exemple, la méthode de décapage mécanique est de haute qualité, mais le rendement est extrêmement faible ; le procédé de dépôt chimique en phase vapeur permet d'obtenir des films de grande surface, mais est coûteux et difficile à transférer ; la méthode redox introduit souvent des défauts, affectant ainsi les performances. Sans percées dans l’industrie des matériaux, il serait difficile de concrétiser même les idées d’application les plus merveilleuses.
À votre avis, parmi les nombreuses perspectives d'application énergétique du graphène, laquelle sera la plus avancée dans la réalisation d'applications commerciales à grande échelle, à savoir les câbles de transmission avec des caractéristiques de perte ultra-faibles ou les lignes de microdistribution pour l'électronique flexible ? N'hésitez pas à partager vos avis dans la zone commentaires. Si vous trouvez cet article inspirant, n'hésitez pas à lui donner un coup de pouce pour le soutenir.
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