باتری های گرافنی جایگزینی مناسب برای باتری لیتیوم یون

گرافن یک لایه از اتم‌های کربن است که به‌صورت الگویی از شبکه لانه زنبور به‌ یکدیگر متصل هستند. محبوبیت بسیار زیاد گرافن که از آن با نام «ماده شگفت‌آور» یاد می‌شود، به‌دلیل ویژگی‌های اعجاب‌آور بی‌شمار آن است. این ماده یک رسانای قدرتمند انرژی الکتریکی و گرمایی، فوق‌العاده سبک با نیروهای شیمیایی و کاملاً انعطاف‌پذیر با سطح بسیار بزرگ است. از طرف دیگر، گرافن یک ماده پایدار و سازگار با محیط ‌زیست است و توانایی‌های نامحدودی برای کاربردهای فراوان دارد.

گرافن در پیشرفت مواد بسیار موثر است زیرا این ماده استثنایی است و حتی یک جایزه نوبل نیز بدست آورده است. گرافن یک شبکه شش ضلعی از اتم کربن است که یک اتم ضخامت دارد. گرافن دارای پایداری بالا، هدایت حرارتی بالا است و می‌تواند به عنوان نیمه رسانا استفاده شود. در این مورد محققان به آسانی از سیلیکای موجود برای فرایند تبدیل گرافن به شبکه سه بعدی از توپ‌های فوق الذکر استفاده کرده است. توپ‌های گرافنی به عنوان لایه های محافظ بر روی آند و کاتد باتری استفاده می‌شوند و این چیزی است که اجازه می دهد ظرفیت شارژ و سرعت شارژ افزایش پیدا کنند.

افزودن گرافن قادر است تا ظرفیت باتری های تلفن های هوشمند را تا ۵۰۰۰-mAh6000 برساند، که قبلا فقط در دستگاهای بزرگتر مانند تبلت مشاهده می‌شد. سامسونگ می‌گوید که باتری توپ گرافنی قادر است در مقایسه با شارژ کامل باتری در ۱ ساعت، باتری را در ۱۲ دقیقه شارژ کامل کند. البته زمان شارژ برای یک باتری که ظرفیت بالاتری دارد کمی بیشتر میشود.

محبوبیت بسیار زیاد گرافن که از آن با نام «ماده شگفت‌انگیز» یاد می‌شود، به‌دلیل ویژگی‌های اعجاب‌آور بی‌شمار آن است. این ماده یک رسانای قدرتمند انرژی الکتریکی و گرمایی، فوق‌العاده سبک با نیروهای شیمیایی، کاملاً انعطاف‌پذیر با سطح بسیار بزرگ است.

 باتری های آزمایشی جدید توسط موسسه پیشرفت سامسونگ با همکاری محققان در دانشگاه ملی سئول توسعه یافته اند. این تکنولوژی باتری به چند دلیل قابل توجه است. دلیل اول این که به بررسی سرعت شارژ و ظرفیت می‌پردازند. بسیاری از باتری‌های آزمایشی در یک یا چند مورد خوب هستند. دلیل دوم این که مواد مورد نیاز برای باتری غیر عادی و گران نیستند. در نهایت سامسونگ معتقد است که می‌تواند توپ‌های گرافنی را به باتری بدون تجهیز کردن امکانات کارخانه ها خود ترکیب کند.

مواد الکترود باتری‌های مرسوم وقتی با گرافن ترکیب ‌شوند به‌شدت بهینه می‌شوند. گرافن باعث تولید باتری‌هایی می‌شود که سبک و مقاوم و برای ذخایر انرژی با ظرفیت بالا مناسب هستند. همچنین، گرافن باعث کاهش زمان شارژ می‌شود. همان‌ طور که می‌دانید پوششی از کربن روی این مواد قرار می‌گیرد یا به ‌الکترودها اضافه می‌شود تا قابلیت رسانایی آن‌ها افزایش پیدا کند، اما این لایه کربن باعث کاهش طول عمر باتری می‌شود. استفاده از گرافن در باتری باعث می‌شود تا دیگر نیازی به کربن نباشد و به ‌این ترتیب، رسانایی باتری بیشتر می‌شود و از طرف دیگر، طول عمر باتری هم افزایش پیدا می‌کند.

گرافن به ‌شیوه‌های مختلفی مانند تراکم و شکل انرژی باعث بهینه‌سازی باتری‌ها می‌شود. باتری‌های لیتیوم-یون با معرفی گرافن به ‌آنود باتری، افزایش رسانایی و رسیدن به ‌نقطه مورفولوژیکی باعث بهینه‌سازی باتری می‌شوند.

علاوه بر این، یکی از یافته‌های جدید نشان می‌دهد که ساخت و تولید مواد هیبریدی برای تقویت باتری‌ها تأثیر بسزایی دارد. به ‌عنوان مثال، ترکیب گرافن و اکسید وانادیوم می‌تواند برای کاتدهای Li-ion استفاده شود تا شارژ و دشارژ باتری سریع‌تر انجام شود و از طرف دیگر مقاومت آن در برابر چرخه‌های شارژ بیشتر شود. در این مثال، اکسید وانادیوم (VO2) ظرفیت بالایی از انرژی را ارائه می‌دهد اما در مقابل قابلیت رسانای الکتریکی آن بسیار ضعیف است. اما این مشکل به‌ کمک استفاده از گرافن به‌عنوان یک بک‌بن ساختاری حل می‌شود.

باتری‌های LFP (فسفات لیتیوم آهن) مثال دیگری از این روش هستند. این باتری در واقع همان لیتیوم یون اما با قابلیت شارژ مجدد است. میزان تراکم انرژی آن نسبت به سایر باتری‌های Li-ion پایین‌تر است، اما تراکم توان آن بیشتر است (یعنی میزان انرژی که می‌تواند به‌ باتری تزریق شود). تقویت کاتدهای LFP به ‌کمک گرافن باعث می‌شود تا این باتری‌ها سبک باشند، سرعت شارژ آن‌ها نسبت به باتری‌های Li-ion بیشتر باشد و نسبت به‌ باتری‌های مرسوم LFP ظرفیت بیشتری داشته باشند. یک مورد دیگر که باعث انقلابی بزرگ در بازار باتری‌ها شده است، ترکیب باتری‌های گرافن با ابرخازن‌ها است که می‌تواند نتایج فوق‌العاده‌ای ‌همراه داشته باشد. مهم‌ترین کاربرد آن در افزایش میزان مسافتی است که خودروهای الکتریکی با یک بار شارژ طی می‌کنند.

تلاش سامسونگ برای به کارگیری این باتری ها تا سال ۲۰۲۱

حدودا ۱۰ ماه پیش بود که با خبر شدیم سامسونگ توسعه باتری گرافینی را تکمیل کرده است و این نوید گوشی تاشو است. امروز خبر می رسد که باتری گرافنی سامسونگ سال ۲۰۲۱ ارایه می شود.این روزها بیشتر دستگاه‌های الکترونیکی مانند گوشی‌های هوشمند، دوربین‌ها و ساعت‌های هوشمند از باتری‌های لیتیوم-یونی استفاده می‌کنند. این تکنولوژی چندین دهه است که ارائه شده و در سال‌های اخیر به شدت تکامل یافته است. با این حال، مانند هر بخش دیگری از دنیای تکنولوژی آن هم نقطه اشباعی دارد که تقریباً غیرممکن است بتوان راندمان آن را بالاتر برد تا بتوان شارژ بیشتری در خود نگه دارد و سریع‌تر شارژ شود.

البته به غیر از این، باتری‌های لیتیوم یونی همیشه در معرض خطر آتش‌سوزی نیز می‌باشند و این یک نگرانی بالقوه ایمنی است. حالا آخرین گزارشات حاکی از آنست که غول کره‌ای دنیای فناوری جهان قصد دارد در آینده‌ای نه چندان دور یک گوشی هوشمند با باتری گرافنی معرفی کند. این خبر توسط یکی از معروف‌ترین افشاگران؛ یعنی ایوان بلس منتشر شده و اعلام شده که دستگاه مورد نظر در سال ۲۰۲۱ رونمایی خواهد شد.

ایوان بلس در حساب توئیتر خود با اشاره به اینکه باتری‌های لیتیوم یونی نیمه بهینه هستند و مشکلاتی زیادی به همراه دارند اعلام کرد که سامسونگ برنامه دارد تا در سال آینده یا ۲۰۲۱ یک گوشی هوشمند با باتری از جنس گرافن روانه بازار کند. این فناوری جدید امکان شارژ فوق سریع را فراهم کرده که توانایی شارژ کامل دستگاه تنها در ۳۰ دقیقه را دارد.

علاوه‌ براین دلیل سامسونگ برای روی آوردن به تکنولوژی جدید می‌تواند این باشد که از فاجعه‌های آینده مشابه آنچه که برای گلکسی نوت ۷ اتفاق افتاد جلوگیری کند.

درحالیکه گفته می‌شود سامسونگ از همین حالا مشغول کار برروی گوشی مورد نظر است، بلس می‌گوید که هنوز نیاز است که ظرفیت باتری افزایش یافته و هزینه آن کم شود. به لطف تمام پیشرفت‌هایی که در تکنولوژی لیتیوم ایجاد شده، امروزه قیمت آنها بسیار مقرون به‌صرفه است. بنابراین استفاده از یک ماده جدید منجر به افزایش هزینه مواد و تحقیقات خواهد شد.

ندا ساکت یزدی

Warning: date() expects parameter 2 to be int, string given in /home/bankba/domains/bankbattery.co/public_html/wp-content/themes/mweb-digiland-pro/templates/mweb_single_layout.php on line 143
ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.