بطاريات الجرافين

تستخدم البطاريات القائمة على الجرافين على نطاق واسع لأغراض تجارية مختلفة. إن تحسين الأداء وميزة دورة حياة تطوير البطاريات القائمة على الجرافين على بطاريات الليثيوم أيون التقليدية تؤتي ثمارها.

يعتبر Tesla Motors Ilona Mask مثالًا معروفًا للشركات المبتكرة التي تشارك بنشاط في البحث عن بطاريات الجرافين وتسويقها.

ما هي بطارية الجرافين

يُعرف الجرافين على نطاق واسع باسم "المادة المعجزة" نظرًا للعديد من خصائصه الرائعة التي يحتوي عليها. إنه موصل قوي للطاقة الكهربائية والحرارية ، خفيف للغاية ومرن مع مساحة سطح كبيرة. كما أنها تعتبر صديقة للبيئة ومستدامة ، مع إمكانيات غير محدودة للعديد من التطبيقات.

المثير للاهتمام أن نعرف! يمكن أن تقلل بطاريات الجرافين من التأثير البيئي للبطاريات.

الجرافين هو جزيء عالمي له العديد من الخصائص الفريدة والمرغوبة ، ويمكن استخدامه بطرق مختلفة ، حيث لا يوجد حل عالمي لاستخدامه.

يتم استخدامه لتحسين العديد من الفوائد الموجودة بالفعل في المواد التقليدية ، ولكنه يساعد أيضًا في التغلب على قيود البطارية السابقة ، مما يؤدي إلى زيادة عمر البطارية أو أداء البطارية.

كيف هو الإنتاج

يمكن إجراء تحويل المركبات غير العضوية على أساس الجرافين والمعادن المناسبة للاستخدام بطرق عديدة. مع تطور التكنولوجيا الجديدة ، غالبًا ما يتم اختراع الأساليب واستخدامها لاحقًا.

في أي طريقة ، هناك دائما عدة طرق لتجميع المواد نفسها. سيكون من غير العملي وصف كل واحد منهم ، وبالتالي ، سيتم النظر في طريقة محددة واحدة هنا.

يتم الحصول على قطب كهربائي يعتمد على الجرافين النقي عن طريق تشتت مسحوق أكسيد الجرافين (100 ملغ) في الماء المقطر (30 مل) والصوتنة لمدة 30 دقيقة. يتم تسخين التعليق الناتج على طبق ساخن إلى درجة حرارة 100 درجة مئوية ثم يضاف 3 مل من هيدرازين هيدرات.

يتم الحفاظ على التعليق عند 98 درجة مئوية لمدة 24 ساعة لتقليل أكسيد الجرافين. يمكن جمع أكسيد الجرافين المنخفض عن طريق الترشيح ، وترك مسحوق أسود. ثم يتم غسل المسحوق المصفى عدة مرات بالماء المقطر لتقليل الهيدرازين الزائد.

تم إعادة توزيع مسحوق الجرافين في الماء باستخدام الموجات فوق الصوتية ، ثم تم طرد المحلول الناتج عند 4000 دورة في الدقيقة لمدة 3 دقائق لإزالة الجزيئات الكبيرة. يتم جمع الجرافين عن طريق الترشيح الفراغي وتجفيفه في فراغ. على المستوى الصناعي ، تقوم شركات من بريطانيا العظمى وروسيا وإسبانيا والولايات المتحدة الأمريكية وكوريا الجنوبية بإنتاجها.

مبدأ التشغيل والجهاز

يشبه مبدأ التشغيل وترتيب بطاريات الجرافين البطاريات التقليدية ، حيث يتم استخدام قطبين ومحلول إلكتروليت لتسهيل نقل الأيونات. الفرق الرئيسي بين البطاريات القائمة على الجرافين وبطاريات الحالة الصلبة هو تكوين واحد أو كلا القطبين.

يكمن التغيير أساسًا في الكاثود ، لكن من الممكن أيضًا استخدام موازين الكربون في الأنود. يتكون الكاثود الموجود في البطارية التقليدية من مواد صلبة فقط ، ولكن يتم استخدام مادة هجينة مركبة كاثود في بطارية الجرافين.

المواصفات والميزات

في مجال البطارية ، تم تحسين المواد التقليدية بشكل كبير باستخدام الجرافين. يمكن أن تكون بطارية الجرافين المغنيسيوم خفيفة الوزن ومتينة ومناسبة لتخزين الطاقة عالية السعة ، وكذلك لتقليل وقت الشحن. ويضيف الموصلية دون الحاجة إلى كمية الكربون التي يتم استخدامها في البطاريات التقليدية.

يمكن أن يحسن الجرافين خصائص البطارية مثل كثافة الطاقة والشكل بعدة طرق. يمكن تحسين بطاريات ليثيوم أيون (وأنواع أخرى من البطاريات القابلة لإعادة الشحن) عن طريق إدخال الجرافين في أنود البطارية واستخدام التوصيل المادي لتحقيق المورفولوجية الأمثل والأداء.

! المهم الموصلية من البطاريات القائمة على الجرافين أعلى بكثير بالمقارنة مع غيرها من المواد أشباه الموصلات.

لقد تم اكتشاف أن إنشاء مواد مختلطة قد يكون مفيدًا في تحسين جودة البطارية. على سبيل المثال ، يمكن استخدام مزيج من التحفيز من أكسيد الفاناديوم VO 2 والجرافين في كاثود الليثيوم أيون ، والذي يوفر شحن وتفريغ سريعين ، فضلاً عن مقاومة أكبر لدورة الشحن.

في هذه الحالة ، تتميز VO 2 بكثافة عالية في الطاقة ، ولكن لديها قدرة توصيلية كهربائية ضعيفة ، والتي يمكن حلها باستخدام الجرافين كنوع من "القاعدة" الهيكلية التي يمكن توصيل VO 2 بها - مما ينتج عنه مادة هجينة ذات قدرة عالية وإمكانية توصيل ممتازة.

مزايا وعيوب

يجب أن تشمل قائمة المزايا الرئيسية ما يلي:

• النظافة البيئية.
• قدرة محددة كبيرة.
• الموصلية العالية.
• تهمة سريع.
• المتانة الفنية.

العيب الوحيد في البطارية هو أن حجم المنتج كبير. بفضل هذا ، فإن غرسها في أدوات مصغرة (على سبيل المثال ، الهواتف) اليوم غير ممكن.

أين تستخدم بطاريات الجرافين؟

تتمتع البطاريات القائمة على الجرافين بإمكانيات مثيرة ، وعلى الرغم من عدم توفرها بشكل كامل حتى الآن ، إلا أن الأبحاث والتطوير مكثفة. يتم استخدامها من قبل العديد من الشركات المعروفة.

في أغسطس 2014 ، اقترحت Tesla تطوير تقنية جديدة للبطارية ، والتي سيكون لديها ما يقرب من ضعف الطاقة لطرازها في السيارة الكهربائية.

أما بالنسبة للهواتف ، فقد قدمت Huawei في شهر نوفمبر 2016 بطارية ليثيوم أيون مغلفة بالجرافين جديدة يمكن أن تظل تعمل عند درجة حرارة أعلى (60 درجة مئوية مقارنة بالحد الحالي البالغ 50 درجة) وتوفر عمر بطارية أطول.

في ديسمبر 2018 ، أعلنت شركة Log 9 Materials الهندية أنها تعمل على مشروع جديد قد يؤدي نظريًا إلى ظهور سيارات كهربائية تعمل على المياه.

توقعات التكنولوجيا

وفقًا للباحثين في الشركات الشهيرة ، فإن أحدث البطاريات أكثر كفاءة من المنتجات التقليدية. بالإضافة إلى ذلك ، يقومون بتجديد الطاقة بشكل أسرع بكثير (بالدقائق).

هذه التكنولوجيا ستؤدي إلى ثورة في تطوير السيارات الكهربائية ، وإنتاج الهواتف الذكية ، وكذلك أجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية.

لديك أسئلة أو لديك شيء لإضافته؟ ثم اكتب لنا عنها في التعليقات ، وهذا سيجعل المواد أكثر فائدة وكاملة ودقيقة.