باتری گرافن: هایپ تبدیل به یک واقعیت شارژ سریع می شود

• نویسنده:
• نام نویسنده

  آینده نگاری کوانتوم ران
• فوریه 23، 2022

خلاصه بینش

گرافن به دلیل ویژگی های منحصر به فرد خود مانند مساحت سطح بالا، استحکام، انعطاف پذیری و رسانایی الکتریکی کارآمد در ذخیره سازی انرژی امواج ایجاد می کند. استارت‌آپ‌ها از این ویژگی‌ها برای تولید باتری‌هایی استفاده می‌کنند که نسبت به باتری‌های سنتی بهتر عمل می‌کنند، نوید زمان کار طولانی‌تر، کاهش ردپای کربن و زمان شارژ سریع‌تر، به‌ویژه برای خودروهای الکتریکی (EVs). علی‌رغم هزینه‌های بالای تولید که در حال حاضر مانع پذیرش گسترده می‌شود، پتانسیل باتری‌های گرافن می‌تواند بخش‌های مختلف، از لوازم خانگی تا سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر را متحول کند.

زمینه گرافنی

گرافن، نازک ترین شکل گرافیت شناخته شده برای ما، ماده ای است که در زمینه ذخیره انرژی مورد توجه قرار گرفته است. این ماده از یک لایه اتم کربن تشکیل شده است که نسبت به حجم آن مساحت سطح بالایی به آن می دهد. این ویژگی منحصر به فرد آن را به گزینه ای عالی برای استفاده در باتری ها و ابرخازن ها تبدیل می کند. نازکی گرافن، همراه با استحکام، انعطاف پذیری و ماهیت سبک آن، آن را به یک رسانای کارآمد الکتریسیته تبدیل می کند. همچنین مقاومت کمی در برابر انرژی گرمایی ارائه می دهد که عاملی حیاتی در عملکرد باتری است. 

استارت‌آپ‌ها در حال حاضر از پتانسیل گرافن در فناوری باتری استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، نانوگراف گزارش داده است که باتری‌های آن‌ها در مقایسه با باتری‌های لیتیوم یون معمولی، 50 درصد افزایش زمان کار را نشان می‌دهند. علاوه بر این، آنها به کاهش 25 درصدی در ردپای کربن کل باتری های خود و کاهش وزن به نصف برای همان خروجی اشاره کرده اند. 

استارت‌آپ دیگر، Real Graphene، از دوام گرافن برای تولید باتری‌هایی استفاده می‌کند که می‌توانند جریان الکتریکی قوی‌تری را تحمل کنند. این ویژگی به ویژه برای خودروهای برقی که به باتری هایی نیاز دارند که بتوانند سطوح بالایی از استرس را تحمل کنند، مهم است. اگرچه دوره آزمایش باتری های EV معمولاً سه تا چهار سال طول می کشد، گرافن واقعی نسبت به پتانسیل فناوری آنها خوش بین است. آنها بر این باورند که باتری‌های مبتنی بر گرافن آنها می‌توانند یک خودروی برقی استاندارد مصرف‌کننده را در کمتر از یک ساعت شارژ کنند، که نسبت به زمان‌های شارژ فعلی بهبود قابل توجهی دارد. 

تاثیر مخرب

زمان‌های شارژ سریع‌تر برای خودروهای برقی فعال شده توسط باتری‌های گرافن می‌تواند بازی را تغییر دهد و خودروهای الکتریکی را به گزینه‌ای جذاب‌تر برای مصرف‌کنندگان تبدیل کند. علاوه بر این، از آنجایی که شرکت‌ها به طور فزاینده‌ای قصد دارند عملیات خود را با سیاست‌های زیست‌محیطی، اجتماعی و حاکمیتی (ESG) هماهنگ کنند، تقاضا برای گزینه‌های انرژی پاک‌تر مانند باتری‌های گرافن احتمالاً افزایش می‌یابد. علیرغم محدودیت های فعلی در تامین مالی، این تغییر می تواند تحقیقات و توسعه بیشتر در این زمینه را تحریک کند.

علاوه بر این، پتانسیل باتری‌های گرافن فراتر از خودروهای الکتریکی است. لوازم خانگی و ابزار برقی را در نظر بگیرید که جزء جدایی ناپذیر زندگی روزمره ما هستند. این دستگاه‌ها می‌توانند با استفاده از باتری‌های گرافن، بهبود قابل توجهی در طول عمر و عملکرد خود داشته باشند. به عنوان مثال، یک مته شارژی که با باتری گرافن تغذیه می‌شود، می‌تواند برای مدت طولانی‌تری کار کند و فرکانس شارژ را کاهش دهد و بهره‌وری را بهبود بخشد. به طور مشابه، لوازم خانگی، مانند جاروبرقی و چمن زنی، می توانند کارآمدتر و راحت تر شوند. این پیشرفت‌ها می‌تواند منجر به تغییر در انتظارات و استانداردهای مصرف‌کننده برای چنین دستگاه‌هایی شود و تولیدکنندگان را برای استفاده از باتری‌های گرافن تحت تأثیر قرار دهد.

با این حال، هزینه بالای تولید گرافن مانع مهمی برای پذیرش گسترده آن است. با وجود این، علاقه شرکت‌های بزرگی مانند تسلا موتورز، سامسونگ و مایکروسافت به توسعه باتری‌های گرافن نشانه امیدوارکننده‌ای است. مشارکت آنها می‌تواند منجر به پیشرفت در تکنیک‌های تولید، کاهش بالقوه هزینه‌ها و در دسترس‌تر کردن باتری‌های گرافن شود. این می تواند طیف گسترده ای از کاربردها را برای این ماده، از لوازم الکترونیکی مصرفی گرفته تا سیستم های انرژی تجدیدپذیر، باز کند.

مفاهیم فناوری باتری گرافن

پیامدهای گسترده تر باتری های گرافن ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• کاهش قابل توجهی در هزینه خودروهای الکتریکی که دور شدن جهان از انواع وسایل نقلیه احتراقی را تسریع می بخشد. 
• توسعه شتابان هواپیماهای الکتریکی و وسایل نقلیه VTOL (برخاست و فرود عمودی) برای موارد مصرفی و تجاری - حمل و نقل پهپادهای شهری و مسافت های طولانی را قابل اجرا می کند.
• سرمایه‌گذاری دولت در شبکه‌های برق مدرن و ایستگاه‌های شارژ که می‌توانند با خیال راحت برق را به شیوه‌ای که شارژ سریع استاندارد باطری‌های گرافن را ممکن می‌سازد، تحویل دهند.
• ایجاد مشاغل جدید پس از کاهش هزینه های تولید و تولید انبوه باتری های گرافن به واقعیت تبدیل می شود.
• صنایع جدید و فرصت های شغلی در علم مواد پیشرفته و تولید باتری.
• مقررات و استانداردهای جدید برای اطمینان از استفاده ایمن و اخلاقی از باتری‌های گرافن، که منجر به بازار ذخیره‌سازی انرژی امن‌تر و تنظیم‌شده‌تر می‌شود.
• در دسترس بودن باتری‌های با ماندگاری و شارژ سریع‌تر بر روندهای جمعیتی تأثیر می‌گذارد و افراد بیشتری، به ویژه در مناطق دورافتاده، به منابع برق قابل اعتماد دسترسی پیدا می‌کنند.

سوالاتی که باید در نظر گرفته شود

• محصولات فناوری مانند تلفن‌های همراه و تبلت‌ها و سایر لوازم تجاری احتمالاً زمانی که با باتری‌های گرافن تغذیه می‌شوند، عمر طولانی‌تری خواهند داشت. فکر می کنید این موضوع چه تاثیری بر خرده فروشی و مصرف گرایی به طور کلی خواهد داشت؟
• با توجه به مزایای یک خودروی برقی برقی با باتری گرافن، از جمله توانایی شارژ سریع آن، آیا فکر می‌کنید باتری‌های گرافن علاقه و مالکیت بیشتری نسبت به وسایل نقلیه الکتریکی ایجاد می‌کنند؟