ما هي بطاريات الجرافين
ربما في المستقبل القريب ، ستنتهي هيمنة بطاريات الليثيوم أيون ، لأن نوعًا جديدًا من البطاريات يدخل المشهد - الجرافين. لذلك دعونا نلقي نظرة فاحصة على بطاريات الجرافين ، ونكتشف خصائصها ولماذا هي جيدة جدًا.
ما هو الجرافين
أولاً ، دعنا نقول بضع كلمات عن مادة مثل الجرافين. تم الحصول على هذه المادة بشكل مصطنع في عام 2004 من قبل العلماء الروس وهي عبارة عن هيكل يشبه الفيلم يتكون من ذرات الكربون.
ببساطة ، الجرافين هو مستوى من الجرافيت ، مفصول عن الهيكل العام للمادة. في هذه الحالة ، يتم ترتيب الذرات ، بحيث يتم تشكيل شبكة بلورية سداسية.
في هذه الحالة ، تكون المادة المتكونة كثيفة لدرجة أنها تتمتع بدرجة متزايدة من الصلابة وهامش هائل من التوصيل الحراري.
في هذه الحالة ، يمكن للإلكترونات أن تتحرك بحرية فوق بنية الفيلم ، مما يفتح آفاقًا واسعة لإدخال مادة جديدة في دوائر أشباه الموصلات.
الجرافين والبطاريات
المجال الأول الذي تم اتخاذ قرار باستخدام الجرافين فيه هو إنتاج بطاريات السيارات.
في التجارب الأولى ، تم دمج الجرافين مع الليثيوم ، ولكن كما أظهرت الممارسة ، اتضح أن هذا قرار خاطئ. هذا لأن الليثيوم مادة شديدة العدوانية ، وينفجر الليثيوم عند ملامسته للماء.
لذلك ، رفضوا تثبيت مثل هذه التعديلات على البطاريات في السيارات الكهربائية ، لأنه في حالة وقوع حادث وتلف للبطارية ، كان هناك احتمال كبير لحدوث حريق.
أيضًا ، لإنتاج مثل هذه البطاريات ، كانت هناك حاجة إلى كمية كبيرة من الليثيوم ، وهذا معدن باهظ الثمن.
لذلك ، تقرر البحث عن بديل لليثيوم وتم العثور على خيارين في وقت واحد:
1. النموذج الأمريكي. وفقًا لها ، فإن مصدر التفاعل هو بالفعل الكوبالت والليثيوم وكاثود مركب من ألواح السيليكون والجرافين.
2. النموذج الروسي. حيث يتم استخدام تعديل المغنيسيوم والجرافين ، حيث تم استبدال أنود ملح الليثيوم بنجاح بأكسيد المغنيسيوم (مادة أكثر شيوعًا وأرخص ثمناً).
ولكن على الرغم من الأساليب المختلفة ، فإن مزايا وعيوب بطاريات الجرافين متطابقة.
إيجابيات وسلبيات بطاريات الجرافين
إذا قارنا بطاريات الليثيوم أيون الكلاسيكية بالجرافين ، فإن الأخيرة تتمتع بالمزايا التالية:
- يتم إنتاج الجرافين من مواد خام رخيصة الثمن ومتوفرة بسهولة.
- المادة المنتجة خفيفة جدا. لذا فإن المتر المربع من الجرافين يزن جرامًا واحدًا فقط ، وهذا يسمح لك بتقليل كتلة البطارية بشكل كبير.
- يمكن أن ينام دعاة حماية البيئة بسلام لأن الجرافين صديق للبيئة.
- زاد الجرافين من القوة ومقاومة الماء.
- يمكن استعادة المساحات التالفة بسهولة.
- موصلية الجرافين أعلى بكثير من أي موصل آخر (بالطبع ، في الوقت الحالي).
- زيادة القدرة النوعية. على سبيل المثال ، السيارة المزودة ببطارية جرافين قادرة على القيادة لمسافة تصل إلى 1000 كيلومتر بشحنة واحدة. كيلومترات.
- لا تقل سعة بطاريات الجرافين بسبب دورات الشحن والتفريغ المتكررة.
- مدة الشحن الكاملة 8 دقائق فقط.
كما ترى فإن المزايا هي مجرد عربة وعربة صغيرة ولكن هناك أيضًا عيوب وهي:
- يحتوي الجرافين على كثافة منخفضة نوعًا ما ، لذلك لا تزال هناك قيود كبيرة في استخدامه. على سبيل المثال ، سيكون الهاتف الخليوي ببطارية الجرافين أكبر من حجمه.
كيف تعمل بطارية الجرافين
في الواقع ، لا يختلف هيكل بطارية الجرافين كثيرًا عن هيكل بطارية الليثيوم أيون ذات الإلكتروليت الصلب. الشيء الوحيد هو أنه في حالة الجرافين ، يتكون الكاثود من فحم الكوك ، نظرًا لكونه مادة كيميائية. التركيبة قريبة من الكربون النقي ، ويتم استبدال الجرافيت بالجرافين.
من أجل زيادة سعة البطارية ، أضاف المهندسون أقسامًا من السيليكون بين طبقات الجرافين. ولزيادة معدل الشحن ، تم عمل ثقوب صغيرة بقطر 15-20 نانومتر في ألواح الجرافين.
هذا كل شيء ، وإلا فهي بطارية عادية.
استنتاج
بدون شك ، ستظل بطاريات الجرافين تجد مكانها المناسب ومن الممكن تمامًا أن تحل محل بطاريات الليثيوم أيون بالكامل من قاعدتها ، ولكن حتى دخولها إلى السوق الواسعة ، فمن السابق لأوانه التحدث عن هذا. حسنًا ، إذا أعجبك المقال ، فرفع إبهامك واشترك. بل وأكثر إثارة للاهتمام وفائدة يمكنك أن تجدها على موقعيحيث تم نشر المقالات قبل ذلك بقليل.