Lamborghinis Sesto Elemento bruker karbonfiber for å redusere vekten til litt over 2000 pund, men grafen kan gi enda større vektbesparende fordeler. Karbon er grunnlaget for livet slik vi kjenner det. Det har vært der helt fra begynnelsen, kuttet og kokt i kjernene til gigantiske stjerner, før det eksploderte voldsomt og skapte byggesteinene i verden rundt oss.
Dette elementet, en av de minste og letteste på det periodiske bordet, har potensial til å revolusjonere bilindustrien. Det kan gjøre dette i form av grafen, et nesten todimensjonalt karbonlag som kan brukes i alt fra produksjon av batterier og solcellepaneler til bioteknologi og filtrering.
Understoffet
Grafen er det sterkeste materialet som noen gang er målt. I det minste vurderte det Columbia University i 2008.
Maskinteknisk professor James Hone sa: "Det vil ta en elefant, balansert på en blyant, for å bryte gjennom et ark med grafen tykkelsen på Saran Wrap."
Men tingene er ikke bare solide; det er også en fantastisk varmeleder ved romtemperatur, og det er en av de mest effektive elektriske lederne kjent for mennesker.
Graphene aerogel er også det letteste materialet i verden, syv ganger lettere enn luft. En kvadratmeter av det, et enkelt atom tykt og bundet i et sekskantet gitter, veier bare 0,77 milligram.
Graphene er et utvalg av førsteplass. Den kan brukes til å lage berøringsskjermer, vannfiltreringssystemer, nanorør og vevregenereringssystemer. Det kan til og med isolere hydrogenpartikler i atmosfæren.
Og vi har ikke engang kommet til bilapplikasjoner ennå.
Fremtiden
Tenk deg å konstruere en bil av et materiale som er mer enn 100 ganger sterkere enn stål som er mye lettere og kan lede strøm 30 ganger raskere enn silisium. Tenk deg da at stoffet også kan fungere som et gigantisk solcellepanel. Får du bildet? Ja, grafen kan være en spillveksler.
Tilbake i 2011 gjorde University of Technology Sydney et betydelig gjennombrudd ved å syntetisere noe som heter grafenpapir (GP), et ultratynt lag av grafitt som har fem til seks ganger lavere tetthet enn stål, men som er to ganger vanskeligere med 10 ganger strekk. styrke og 13 ganger høyere bøyestivhet.
Med grafen eller et grafenbasert materiale er alt du trenger for å slå en Ferrari utenfor linjen en stiv bris.
Den fleksible holdbarheten kan være uvurderlig for bilprodusenter, som kan bruke den som belegg for ugjennomtrengelige førermoduler, rustning for militære kjøretøyer, og til og med kraftige fjæringskomponenter for terrenggående.
Tenk på virkningen karbonfiber har hatt. Lamborghini Sesto Elemento bruker polymervev i kroppen, fjæring, drivaksel og understell, og reduserer vekten til svake 2,202 pund. Med grafen eller et grafenbasert materiale er alt du trenger for å slå en Ferrari utenfor linjen en stiv bris, ikke så stor V10.
Ikke en ytelsesfan? Se på Münchens Visio.M EV, en 992 pund kombi som trenger bare 20 hestekrefter for å reise 100 miles. Og hva er Visio.M laget av? Karbonfiberarmert plast (CRFP) og aluminium, materialer som ser ut som bly sammenlignet med dette ‘vidunderlige materialet.’
Raskt fremover i fremtiden, og vi kan potensielt lage hele biler av disse tingene, helt ned til de fleksible, silisiumløse solcellepanelene som måler 15,6 prosent effektivitet.
Mer oppnåelig er imidlertid bruken av grafen i utviklingen av supersterke komposittmaterialer og kompakte, kraftige litium-svovelbatterier.
Foto via AIP Publishing I følge American Institute of Physics er litium-svovelbatterier mye tettere enn litiumionalternativer, og har muligheten til å lagre fire ganger så mye energi som kolleger. Videre er svovel utrolig billig.
Den uheldige siden er at disse batteriene, selv om de er effektive, har en kort levetid på grunn av hvordan svovelet oppløses i de flytende elektrolyttene.
Det er der grafen kommer inn. Med det ledende stoffet som fungerer som en fysisk barriere inne i batteriet, er overføring av energi fremdeles tillatt uten den aktive svovelnedbrytningen som oppstår ved nær kontakt.
Grafen kan imidlertid også brukes til å forbedre litiumionbatterier.
Med disse karbonkapslingene sitter du igjen med en energilagringsenhet som er lettere, mindre, billigere, tettere, og som har høyere toleranse for overlading enn litiumion.
Grafen kan imidlertid også brukes til å forbedre litiumionbatterier, og du vil aldri gjette hvilken bilprodusent som lager de største bølgene innen dette feltet.
Tesla utvikler angivelig teknologi som vil øke rekkevidden til kjøretøyene fra rundt 300 miles til nesten 500 miles ved hjelp av grafenbaserte batterielektroder. Husk at mediet leder strøm som få stoffer kan, noe som betyr høyere kapasitet og raskere lading helt.
Det er imidlertid noen problemer.
Ulemper
Som dette er skrevet, er det ingen kommersialiserte metoder for masseproduksjon for grafen. Og fordi den er så ny (den ble oppdaget i 2003 og først produsert i 2004), er teknologiene som brukes til å behandle den fortsatt i begynnelsen. Dermed er de dyre.
Mer spesifikt er det vanskelig å lage supermaterialet i ekte todimensjonal form i stor skala. 2D-krystallitter har en tendens til å bøye seg inn i den tredje dimensjonen når materialet dyrkes via kjemiske syntetiseringer, så for å skape ekte 2D-materiale blir forskere tvunget til å bruke andre metoder.
Lamborghini Sesto Elemento For tiden er den vanligste teknikken for å syntetisere grafen av høy kvalitet kjent som peeling eller spaltning, som skreller bort monolag av 3D-grafitt med klebebånd for å komme til et enkelt atomark. Som du sikkert kan gjette, er denne metoden ekstraordinær ineffektiv for mengden materiale nettet.
Men i en bilverden som hele tiden ønsker å forbedre effektiviteten og ytelsen, må du noen ganger tenke lite.
Konklusjon
De fleste eksperter er enige om at batteriteknologi er det som hindrer elbiler. Med dagens teknologi er det bekymringer for utgifter, vekt, størrelse og - mest av alt - rekkevidde.
Graphene er et potensielt middel for nesten alle disse problemene, men det stopper ikke der.
Dette ”vidunderlige materialet” kan erstatte utvalgte karbonfiber-, stål- og aluminiumskomponenter som finnes i bilene våre i dag, og lette belastningen generelt i jakten på ytelse og effektivitet. Det er en sportsbilformel som kan hjelpe på og utenfor banen.
Se på Ford F-150 2015, som sparte 700 pund ved å bytte fra et stål til et aluminiumshus. Tenk deg hvilken utvikling grafen kan gi de neste 20 årene. Fjærvekt daglige drivere som nesten ikke trenger å bevege seg, og som er utrolig trygge? Registrer oss.
Så langt som 2014 går, er det globale markedet for materialet imidlertid beskjedne 20 millioner dollar. Men igjen begynner vi i det små.
Vil karbon, byggesteinen til alt liv på jorden, være neste trinn i bilutviklingen?
Vent og se.
