حوزه های صنعتـــی
حوزه های صنعتـــی
مشاهده گزارش
آینده ابرخازن‌های گرافنی چگونه خواهد بود؟

آینده ابرخازن‌های گرافنی چگونه خواهد بود؟

تاریخ : ۱۴۰۰/۰۹/۲۳ تعداد بازدید :‌ ۳۵۰۷
موضوعات : نانوباتری
نویسندگان : فائزه باغانی-مترجم
کاربرد ابرخازن‌ها در قابلیت آنها در ارائه و دریافت جریان‌های بالا نهفته است و ایم ویژگی آنها را برای کاربردهایی که نیاز به ذخیرهسازی و آزادسازی مکرر انرژی دارند، مناسب می‌سازد. این امر به نوبه خود منجر به استفاده بیشتر از ابرخازن‌ها شده است. با بهره‌گیری از گرافن برای تولید ابرخازن‌های گرافنی، قابلیت‌های ابرخازن‌ها می‌تواند به سطح بالاتری ارتقا یابد.

با وجود اینکه پتانسیل گرافن فوق‌العاده است و بسیاری از صنایع دیگر را توسعه داده است، این ادغام فناوری نانو در بازار انرژی می‌تواند به رقیبی برای باتری‌های تجاری یا لیتیوم-یون منجر شود. این یادداشت مروری بر ابرخازن‌های گرافنی است و چشم‌اندازی بر این نوآوری جدید ارائه می‌کند.

 

نقش ابرخازن‌ها

خازن به یک جزء یا مدار اشاره دارد که بتواند انرژی را به عنوان بار الکتریکی جمع‌آوری و ذخیره کند. ابرخازن‌ها دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی با ظرفیت بالا هستند و از دو صفحه از مواد رسانا مانند یک فلز نازک که بین یک عایق قرار گرفته‌اند و معمولاً از سرامیک، فیلم، شیشه یا موارد دیگر ساخته می‌شوند، تشکیل شده‌است.

ابرخازن‌ها عملکرد توان بالایی را در مقایسه با باتری‌ها نشان می‌دهند و دارای مزایای دیگری مانند زمان شارژ و دشارژ کوتاه و عدم تخریب هستند.

با این حال، چالش ابرخازن‌ها در چگالی انرژی آن‌ها نهفته است، ویژگی مهمی برای دستگاه‌های ذخیره‌کننده انرژی، که مشخص شد در باتری‌ها بالاتر است.

نوآوری‌ها در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی هیبریدی در سال‌های اخیر به طور فعال مورد بررسی قرار گرفته‌است و تلاش‌هایی برای ترکیب ابرخازن‌ها و باتری‌ها برای تولید یک دستگاه ذخیره انرژی با چگالی توان و هم چگالی انرژی بالا انجام شده‌است.

نتیجه این کار را می‌توان در توسعه خودروهای برقی دید که از این سیستم ذخیره‌سازی انرژی مبتکرانه استفاده می‌کنند. آینده سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی هیبریدی با توسعه قطعات جدیدی که می‌تواند منجر به تولید لوازم الکترونیکی پوشیدنی برای دستگاه‌های خود-شارژشونده شود، در ابتدای راه است.

 

گرافن

دستیابی به ابرخازن‌های با کارایی بالا بر یافتن الکترود بهینه در میان چندین نامزد مختلف مانند گرافن متمرکز شده است.

گرافن به یک ماده جدید تبدیل شده است که برای پیشرفت صنایع و حوزه‌های مختلف، از الکترونیک گرفته تا بتن برای استفاده به عنوان مصالح ساختمانی مورد استفاده قرار گرفته است. ویژگی‌های عملکرد بالای آن، به دلیل مساحت سطح بالا، انعطاف‌پذیری مکانیکی بالا و خواص الکتریکی، آن را به یک ماده مطلوب برای کاربردهای دنیای واقعی تبدیل کرده‌است.

استولر اولین ابرخازن گرافنی را در سال 2008 توصیف کرد و در طول سال‌ها، پیشرفت این نوآوری تنها با پیشرفت‌هایی مانند الکترودهای مبتنی بر گرافن ارتقا یافته است.

 

نسل بعدی ابرخازن

در حالی که گرافن در حوزه فناوری نانو شروع به کار کرد، رشد بسیاری از صنایع مختلف با هدف یکپارچه‌سازی و پیشرفت را در بر گرفت. پتانسیل بالای گرافن در زمینه ذخیره انرژی برای استفاده به عنوان الکترود نسل بعدی ابرخازن به دلیل دارا بودن بالاترین مساحت سطح شناخته‌شده m2 g−1 2630۱ و چگالی پایین g cm−3 2.28 است. این امر می‌تواند این ماده جدید را قادر سازد تا ظرفیت چگالی انباشت بالایی داشته باشد، در حالی که مساحت سطح زیاد موجب تعامل با الکترون‌ها می‌شود.

علاوه بر این، خاصیت رسانایی الکتریکی گرافن به دلیل نقش آن در پیشبرد ابرخازن‌ها مفید است؛ زیرا می‌تواند برای انتقال الکترون‌ها و یون‌ها از طریق رابط‌های دستگاه‌های مختلف با سرعت بالاتر کار کند.

استحکام مکانیکی و انعطاف‌پذیری بالای آن همچنین می‌تواند برای لوازم الکترونیکی انعطاف‌پذیر و قابل چاپ مفید باشد و در عین حال ظرفیت بالای خود را حفظ کند.

 

کاربردها در دنیای واقعی

با اختراع خودروهای برقی، حوزه الکترونیک پیشرفته و سیستم‌های پیشرفته ذخیره‌سازی انرژی به تنهایی در حال رشد است و افزودن گرافن برای الکترونیک پیشرفته‌تر به برآورده کردن تقاضای نوآوری کمک می‌کند. تحقیق و توسعه ابرخازن‌های گرافنی به سرعت در حال پیشرفت است و می‌تواند در آینده با باتری‌های تجاری رقابت کند.

گرافن در زمینه ابرخازن، به پیشرفت‌های فناوری مانند فوم گرافن، کاهش لیزری و میکرو-ابرخازن‌ها کمک و آن را ارتقا داده است. ایجاد شبکه‌های سه بعدی بسیار متخلخل و رسانا از گرافن که می‌توانند با الکترون‌ها تعامل داشته و دارای ظرفیت خازنی بالایی باشند، آغاز سفری است که سیستم‌های الکترونیکی و ذخیره‌سازی انرژی را با استفاده از گرافن ارتقا می‌دهد.

چالش‌های آینده شامل افزایش چگالی انرژی و بهبود بیشتر چگالی توان ابرخازن‌ها است. این امر می‌تواند از طریق استفاده از گرافن به دلیل عملکرد بالا و خواص عالی آن محقق شود. با این حال، استفاده گسترده از ابرخازن‌های مبتنی بر گرافن ممکن است با ساخت مقیاس بزرگ مواد با قابلیت اطمینان و یکنواختی بالا به چالش کشیده شود. با این حال، با تحقیق و توسعه بیشتر در این زمینه، پتانسیل گرافن می‌تواند به زودی به یک واقعیت پیشرفته تبدیل شود.

با افزودن گرافن به سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، پیشرفت در این زمینه می‌تواند بسیار زیاد باشد، زیرا باتری‌های لیتیوم-یون رقیبی برای نوآوری الکترونیک در گذشته، نیازهای انرژی متعارف و محدودیت‌هایی مانند توانایی شارژ محدود دارند.

از دستگاه‌های الکترونیکی پوشیدنی و قابل‌حمل خود-شارژشونده گرفته تا ایجاد روش‌های انرژی پایدارتر به جز استفاده از لیتیوم، گرافن پتانسیل زیادی در ایجاد تحول در صنعت الکترونیک و انرژی برای آینده‌ای نوآورانه‌تر دارد.

 

درباره نویسنده «مرضیه خان»

مرضیه خان عاشق تحقیقات علمی و نوآوری است. او دارای فوق لیسانس فناوری نانو و پزشکی ترمیمی و همچنین لیسانس علوم زیست پزشکی است. او در حال حاضر در NHS کار می‌کند و درگیر یک برنامه نوآوری علمی است.

نظرات

پاسخ به نظــر بازگشت به حالت عادی ثبت نظر

نظر شما
security code