باتری های گرافینی و هرآنچه باید درمورد آنها بدانید

حتما شما هم تا کنون نام باتری های گرافینی را شنیده اید و می دانید که این باتری گرافینی با ویژگی های خارق العاده خود تحولی جدید در نسل جدید گوشی های هوشمند و خودروهای برقی یا حتی باتری خودرو ایجاد خواهد کرد. بنابراین بانک باطری در این مقاله ابتدا به اساس کار باتری های گرافینی و مشخصات کامل آن می پردازد و سپس تفاوت های آنها با باتری های لیتیوم یونی را شرح میدهد. پس در ادامه با ما همراه باشید.

اساس کار باتری ها چیست؟

جهت آشنایی کلی با باتری ها، باید بدانید که باتریها درواقع منبع انرژی موبایل و لوازم الکتریکی هستند.

به کمک آنها می توان دستگاههای مبتنی بر الکتریسیته داشت که لازم نیست مستقیم به پریز برق وصل شوند.

در حالی که، انواع زیادی از باتریها وجود دارد، مفهوم اصلی نحوه کار آنها یکسان است:

یک یا چندین سلول الکتروشیمیایی انرژی شیمیایی ذخیره شده را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند.

اساس کار باتری های گرافینی

ساختار و عملکرد باتری، به گونه ای است که ماده بیرونی تشکیل دهنده باتریها معمولاً از یک فلز یا پلاستیک ساخته شده که یک ترمینال مثبت (آنود)، یک ترمینال منفی (کاتد) و الکترولیتهایی دارد که باعث حرکت یونها بین آنها می شوند. یک جداکننده (پوسته پلیمری قابل نفوذ) با ساختن سد بین آنود کاتد مانع از شکل گیری مدارهای الکتریکی اتصال کوتاه می شود و از طرف دیگر باعث حرکت حمل کننده های یونهای شارژ شده می شود. این یونهای شارژ شده برای بستن مدار در هنگام عبور جریان مورد نیاز هستند. در آخر، یک جمع کننده استفاده می شود تا انرژی را به بیرون باتری و داخل دستگاه متصل به آن هدایت کند.

وقتی مدار بین دو ترمینال یعنی بین کاتد و آنود تکمیل شد، باتری از طریق واکنش هایی، الکتریسیته تولید میکند. در اینجا، آنود واکنش اکسید شدن را تجربه میکند و در جریان آن، یک یا چندین یون حاصل از الکترولیت با آنود ترکیب می شوند تا الکترونهای مرکب تولید کنند.

هم زمان، کاتد یک واکنش تقلیل را تجربه میکند یعنی ماده، یونها و الکترونهای آزاد به یک ماده مرکب تبدیل می شوند. به عبارت ساده تر، واکنش آنود به تولید الکترونها منجر می شود، در حالی که کاتد با جذب آنها الکتریسیته تولید کند. باتری تا زمانی به تولید الکتریسیته ادامه ماده لازم برای ساخت واکنش ها را در اختیار داشته باشد.

باتری های لیتیوم یونی نسل حاضر باتری ها

باتری های لیتیوم-یون در جاهایی استفاده می شوند که انرژی بالا و حداقل وزن اهمیت بیشتری دارند. اما فناوری آن شکننده و ضعیف است و یک مدار محافظتی برای اطمینان از ایمنی آنها ضروری است. گوشیهای موبایل و انواع مختلف کامپیوترها از جمله مواردی هستند که این باتری در آنها دیده می شود.

باتریهای لیتیوم-یون پلیمر بیشتر در گوشیهای موبایل کاربرد دارند. وزن آنها کم است و نسبت به باتریهای – Li ion باریک تر هستند. همچنین، معمولاً ایمنی و طول عمر بیشتری دارند. اما به دلیل پایین بودن هزینه ساخت باتری های Li – ion و داشتن تراکم انرژی بالاتر، کمتر شاهد استفاده از این مدل باتری هستیم.

با اینکه برخی از باتریها امکان ذخیره مقدار زیادی انرژی را دارند، اما نکته منفی آنها اندازه بسیار بزرگ، سنگین بودن و سرعت پایین انتشار انرژی است. از طرف دیگر، خازنها با سرعت بیشتری شارژ و دشارژ می شوند اما میزان انرژی که ذخیره می کنند خیلی کمتر از باتری است.

به کارگیری گرافن در چنین جایی باعث ظهور قابلیتهای جالب توجه جدیدی می شود.

زیرا هم سرعت شارژ و دشارژ بالایی دارد و هم از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است.

کارایی بهینه شده با گرافن باعث ایجاد یک مرز مشخص بین باتری ها و ابرخازنها می شود

باتری گرافینی چیست؟

قبل از این که راجع به باتری های گرافینی صحبت کنیم بهتر است ابتدا در رابطه با خود گرافین صحبت کنیم و نحوه عملکرد آن را بیان کنیم. به طور مختصر گرافین از اتم های کربن تشکیل شده است که آرایش شش ضلعی دارد. آنچه موجب خاص بودن گرافین می شود این است که ضخامت هر لایهی گرافین معادل یک اتم است.

به عبارتی، یک ورقهی گرافین را می توان ورقه ای دوبعدی به حساب آورد که این ورقه های دو بعدی ویژگی های بی نظیری را ایجاد می کردند که شامل رسانایی الکتریکی و گرمایی عالی ، استحکام و انعطاف پذیری و سبک بودن است. ویژگی جالب آن هم رسانایی آن است که در این موضوع حتی از مس که رساناترین فلز است بهتر عمل می کند.

ویژگی های باتری های گرافینی

در سال ۲۰۰۴ ، گرافن توسط انسانها کشف شد. گرافن به عنوان یکی از باریک ترین، قوی ترین و هدایت کننده ترین و نانومواد موجود در حال حاضر، “طلای سیاه” نام دارد. این “پادشاه مواد جدید” است. دانشمندان حتی پیش بینی کرده اند که گرافن “به طور کامل قرن بیست و یکم را تغییر خواهد داد”، و احتمالا این یک انقلاب جدید صنعتی است که کل کل توپ را برمی دارد. گرافن به طور گسترده در باتری های الکتریکی خودرو در سال ۲۰۱۶ استفاده می شود.

آنچه موجب خاص بودن گرافین می شود این است که ضخامت هر لایهی گرافین معادل یک اتم است.

به عبارتی، یک ورقه ی گرافین را می توان ورقه ای دوبعدی به حساب آورد.

این ساختار دوبعدی ویژگیهای جذابی را به وجود می آورد، از جمله رسانایی الکتریکی و گرمایی عالی، انعطاف پذیری زیاد، استحکام بالا و سبک بودن. در این میان، آنچه توجه ما را به خود جلب می کند، رسانایی بالای الکتریکی و گرمایی است؛ گرافین در این زمینه حتی از «مس» که رساناترین عنصر فلزی است هم بهترعمل میکند.

گرافن به شیوه های مختلفی مانند تراکم و شکل انرژی باعث بهینه سازی باتری ها می شود. باتری های لیتیوم-یون با معرفی گرافن به آنود باتری، افزایش رسانایی و رسیدن به نقطه مورفولوژیکی باعث بهینه سازی باتری می شوند.

یکی از ویژگی های برتر باتری های گرافینی، استفاده آن به عنوان یک ابر خازن است.

ابر خازن ها همانند سایر باتریها، انرژی را در خود ذخیره می کنند؛

اما سرعت شارژ و تخلیهی انرژی در این ابزارها فوق العاده بالا است.

اما مشکلی که وجود دارد هزینه بالا تولید گرافین و تولید فراوان لایه های نازک آن برای استفاده در باتریست.

مقایسه باتری لیتیوم یونی با گرافنی

باتری های گرافینی و لیتیوم-یونی ، از دو سطح رسانا استفاده کنند که با موادی متخلخل پوشانده شده است و در محلولی الکترولیت قرار گرفته اند. باتری های گرافینی رسانایی الکتریکی فوق العاده بالاتری از باتری های لیتیوم یونی دارند. این مسئله رسانایی الکتریکی امکان شارژ سریعتر و ارائهی جریان بالاتر را در اختیار باتریهای گرافینی قرار می دهد.

این ویژگی فوق العاده برای باتری های موجود در خودرو ها و انتقال سریع شارژ از دستگاهی به دستگاه دیگر بسیار مفید است. رسانایی گرمایی بالاتر نیز امکان فعالیت در دمای پایین تر را به این باتری ها می دهد؛ علاوه بر این، در تلفن های همراه که فضای محدودی دارند، فعالیت در دمای پایین تر موجب افزایش عمر باتری می شود.

باتری های گرافینی دارای وزن و ضخامت به مراتب کمتری نسبت به باتری های لیتیوم-یونی دارد.

باتریهای لیتیوم یونی در ازای هر کیلوگرم ۱۸۰ وات در ساعت انرژی را در خود کنند؛

اما این نسبت برای باتریهای گرافینی به ۱۰۰۰ وات در ساعت به ازای هر کیلوگرم می رسد.

مورد آخر، امنیت بالاتر باتریهای گرافینی است.

هرچند باتری های لیتیوم-یون از نظر ایمنی پیشینهی خوبی از خود به جای گذاشته اند؛

اما در برخی موارد، محصولاتی معیوب نیز وجود داشته اند که مشکلاتی را ایجاد کرده اند.

گرم شدن بیش از اندازه، شارژ کردن بیش از حد و سوراخ شدن باتریهای لیتیوم-یونی

موجب از بین رفتن تعادل شیمیایی و درنتیجه آتش سوزی می شود.

در نقطه ی مقابل، گرافین پایدارتر، انعطاف پذیرتر و مستحکم تر است

و مقاومت بیشتری در مقابل مشکلات ذکر شده دارد.

باتریهای ترکیبی اکسید گرافین

از جمله ویژگیهای منفی باتریهای لیتیوم یونی می توان به گرم شدن بیش از اندازه، شارژ شدن بیش از حد و سوراخ شدن آنها اشاره کرد که باعث از بین رفتن تعادل شیمیایی و در نتیجه آتش سوزی می شود. اما باتریهای گرافینی پایدارتر، مستحکم تر و در عین حال انعطاف پذیرتر است.

نکته: باتری های لیتیوم یونی به منظور بهبود کارآیی رسانای کاتودی می تواند از گرافین استفاده کند.

به این نوع باتریها، باتریهای ترکیبی اکسید گرافین فلز گفته می شود.

باتریهای ترکیبی در مقایسه با باتری های لیتیوم یونی دارای وزن کمتر، سرعت شارژ و ظرفیت ذخیره نیروی بیشتری است.

علاوه بر این عمر آنها طولانی تر است

و انتظار می رود اولین باتریهای مورد استفاده کاربران، باتری های ترکیبی باشد.

باتری های گرافینی در گوشی های هوشمند

فناوری باتری های مورد استفاده در گوشیهای هوشمند امروزی، در وضعیت نسبتا خوبی قرار دارد.

در عین حال، تنها چیزی که دارندگان دستگاههای هوشمند را راضی نمی کند، مدت زمان شارژدهی باتریها است.

فوق العاده نبود اگر می توانستیم با یک بار شارژ، برای چند روز یا حتی یک هفته از دستگاههای خود استفاده کنیم؟

باتریهای گرافینی، دستاورد جدیدی هستند که ممکن است که این رویا را به واقعیت تبدیل کنند.

باتری های گوشی های هوشمند امروزه پیشرفت چشمگیری داشتند.

اما چیزی که علاقه مندان این دسته برایشان مهم است عمر بیشتر باتری های گوشی است.

این یک چیز شگفت انگیز است که با یک بار شارژ کردن گوشی خود ، ۲ تا ۳ روز نیازی به شارژ کردن مجدد نباشد.

حال فکر کنید که تا یک هفته شارژ نگه دارد!

باتری های گرافینی در دستگاههای ما مورد استفاده قرار گیرند؛ اما خوشبختانه فناوری مربوطه در حال پیشرفت است. در آینده، باتریهای گرافینی ممکن است جایگزین باتری های لیتیوم یونی در حال حاضر موجود در دنیا شوند، باتری های که دنیای فناوری شدیدا به آنها وابسته است.

فناوری باتریهای گرافینی، برای مدت طولانی در حال طی کردن مسیر تکامل است؛ اما به نظر می رسد در حال نزدیک شدن به نقطهی پایانی این مسیر هستیم. هرچند تا تجاری سازی این فناوری فاصله داریم.

مزیت باتری های گرافینی

گوشی های هوشمندی که در آینده از باتری های گرافینی بهره ببرند، از مزایایی که یاد شد بهره خواهند برد.

  • زمان شارژ کمتر
  • دوام شارژ طولانی مدت
  • سبک و باریک بودن دستگاه ها
  • و ظرفیت بیشتر باتری ها

البته که ظرفیت باتریهای گرافینی، در مقایسه با نمونه های لیتیوم-یونی با اندازه ی مشابه، ۶۰ درصد بیشتر خواهد بود

و به واسطه ی دفع بهتر حرارت که موجب خنک ماندن دستگاه می شود، عمر گوشیها نیز بیشتر می شود.

دیگر لازم نخواهد بود تا از مدتی، هزینهی بالایی برای تعویض باتری پرداخت کنید

و کارایی دستگاه ها پس از گذشت زمان کاهش پیدا نمی کند.

به لطف باتری های گرافینی، دستگاه هایی با اندازه ی دستگاههای کنونی، طرفیت ذخیرهی نیروی بیشتری خواهند داشت.

یکی از فوائد استفاده از باتریهای گرافینی، شارژ سریع بین دو دستگاه خواهد بود.

باتریهایی که از انتقال جریان بیشتر پشتیبانی می کنند، امکان شارژ بسیار سریع تر را هم فراهم می کنند.

از این رو، میتوان با سرعت بالا نیرو را از دستگاهی به دستگاه دیگر منتقل کرد.

اگرچه چندین سال تا آماده شدن باتری های گرافینی برای گوشی های موبایل فاصله داریم اما این نو آوری میتواند تاثیری دو چندان بر آینده باتری ها و استفاده کاربران داشته باشد.

در این مقاله سعی شد تمام موضوعات مربوط به ماده گرافن و باطری گرافینی را با شما در میان بگذارد. امیدواریم که برای شما عزیزان مفید بوده باشد.

منبع: kianbattery

مهناز غلامی

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.