باتری غیر قابل اشتعال مبتنی بر گرافن شرکت نانوتک انرژی

شرکت نانوتک انرژی (Nanotech Energy)، تأمین‌کننده ممتاز گرافن در جهان، با سرمایه‌گذاری کلی بالغ بر ۲۷.۵ میلیون دلار، یک باتری غیر قابل اشتعال با عملکرد بالا تولید کرده‌است.

باتری غیر قابل اشتعال مبتنی بر گرافن شرکت نانوتک انرژی

نانوتک انرژی که دفتر مرکزی آن در لس‌آنجلس قرار دارد، با هدف انتقال ذخیره‌سازی انرژی مبتنی بر گرافن از یک آزمایشگاه تحقیقاتی به سمت تجاری‌سازی، محصولات مبتنی بر گرافن را برای کاربردهای مختلف مانند باتری، الکترود رسانا، جوهر، پوشش‌های اپوکسی و آنتی‌استاتیک ارائه می‌دهد. هدف این شرکت افزایش تولید گرافن با کیفیت در مقیاس زیاد جهت فناوری باتری ایمن‌تر و قدرتمندتر است.

 

باتری‌های لیتیوم-یون

برای اولین بار شرکت سونی (Sony) در سال ۱۹۹۱ باتری لیتیوم-یون (Li-Ion) را وارد بازار کرد، اغلب از این باتری‌های کارامد و متداول در مصارف الکترونیکی مانند تلفن، لپ‌تاپ و وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می‌شود. از آنجا که هزینه‌های تولید باتری لیتیوم-یون در سال 2014 در مقایسه با 2007 بیش از 50 درصد کاهش‌یافته است، این باتری‌ها تحولی در نحوه استفاده از انرژی در جامعه ایجاد کرده‌اند.

 

نکات منفی استفاده از باتری‌های لیتیوم-یون

محصولات دارای باتری لیتیوم-یون داخلی باعث شده است که سیم‌های اطراف باتری‌ها آسیب ببینند و منجر به اتصال کوتاه شود. اتصال کوتاه منجر به آزاد شدن انرژی و در نتیجه افزایش دما به صدها درجه در مدت چند میلی‌ثانیه می‌شود. این افزایش شدید دما علت اصلی آتش گرفتن باتری است.

از آنجا که این نگرانی‌ها به شدت باعث کاهش رفاه عمومی شده‌است، اداره هوانوردی فدرال (FAA)، باتری‌های لیتیوم-یون یدکی را در هواپیماهای مسافربری و خدمات پستی ایالات‌متحده، مانند فدرال اکسپرس، ممنوع کرده است. سوپرباتری گرافنی نانوتک انرژی شارژ سریع و تأمین انرژی برای طولانی مدت را به طور ایمن و کارآمد فراهم می‌کند، با استفاده از خصوصیات باورنکردنی گرافن می‌توان کمبودهای فناوری‌های فعلی باتری را برطرف کرد.

 

باتری‌های مبتنی بر گرافن

دکتر ماهر الکدی یکی از بنیان‌گذاران و مدیر ارشد فناوری نانوتک انرژی گفت: «به منظور افزایش ظرفیت، ما با استفاده از خصوصیات خارق‌العاده الکترونیکی و مکانیکی گرافن، باتری را کامل کردیم. برای افزایش بیشتر ایمنی باتری لیتیوم-یون، ما با طراحی یک الکترولیت غیر قابل اشتعال که می‌تواند در دماهای بالا بدون گرفتن آتش مقاومت کند، یک قدم جلوتر رفتیم.»

طی دهه گذشته، دانشمندان و مهندسین بر استفاده از گرافن و بهره‌گیری از خواص قوی‌ترین، سبک‌ترین و رساناترین ماده در کاربردهای مختلف تمرکز کرده‌اند. این امر پتانسیل زیادی برای گرافن فراهم می‌کند تا در مواردی که ویژگی‌های مؤثر رسانایی نیاز است، جایگزین مواد سنتی شود. باتری گرافنی به دلیل ویژگی سبک و بادوام بودن خود، برای ذخیره‌سازی انرژی با ظرفیت بالا و همچنین کوتاه کردن مدت زمان شارژ مناسب هستند. در حالی که با افزودن گرافن، امکان افزایش طول عمر باتری وجود دارد، برای دستیابی به همان رسانایی، به مقدار کمتری کربن نیاز است.

ایجاد هیبریدی از وانادیم اکسید (VO2) و گرافن نیز مورد بررسی قرار گرفته‌است تا در کاتدهای لیتیوم-یون استفاده شود و شارژ سریع با دوام چرخه شارژ بالا را ارائه دهد.

گرافن با توجه به رسانایی الکتریکی عالی که دارد، نقش مهمی در کمک به ظرفیت بالای انرژی VO2 ایفا می‌کند. در خبرهای اخیر، شرکتی مستقر در ایتالیا موسوم به دایرکتا پلاس (Directa Plus)، برای تأمین گرافن با یک شرکت مستقر در ایالات‌متحده به نام نکس‌تک باتریز (NexTech Batteries)، برای تولید باتری‌های لیتیوم-گوگرد، قراردادی را به امضا رساند. طبق گفته نانوتک انرژی، باتری‌های مبتنی بر گرافن، توانایی مقاومت در برابر تغییرات حجم الکترودهای باتری در طول شارژ و تخلیه را دارند که این امر احتمال اتصال کوتاه داخلی را کاهش می‌دهد.

 

باتری‌های گرافن غیر قابل اشتعال

محققان دانشگاه آرکانزاس روشی ابداعی و سازگار برای تبدیل گرافن اکسید به غشای گرافن غیر قابل اشتعال، انعطاف‌پذیر، غیر سمی و مستحکم از نظر مکانیکی معرفی کرده‌اند که می‌تواند در تولید با مقیاس بزرگ نیز مورد استفاده قرار گیرد. این یافته، راهی برای تولید انبوه گرافن و بهبود محصولات، از سلول‌های سوختی گرفته تا سلول‌های خورشیدی و ابرخازن و حسگر باز کرده‌است. به تازگی یک مقاله تحقیقاتی در مورد باتری‌های الکترولیت مایع غیر قابل اشتعال غیر آلی LiFePO4/Graphite برای کاربردهای تجاری با قدرت بالا منتشر شده‌است.

آغاز کار نانوتک انرژی با توسعه یک باتری مبتنی بر گرافن با عملکرد بالا و غیر قابل اشتعال برای دایملر آگ (Daimler AG) و وسایل نقلیه الکتریکی، اشتیاق و فرصت‌های موجود در این زمینه را افزایش داده‌است. در مرحله بعدی، این شرکت جاه‌طلبی بالایی برای عرضه یک باتری سازگار با محیط‌زیست نشان داد که می‌تواند ۱۸ برابر سریع‌تر از باتری‌های موجود در بازار شارژ شود.

با پیش‌بینی آشکار کاهش هزینه باتری به ۲۲۵ یورو/کیلووات‌ساعت تا سال ۲۰۲۵، باتری‌های نانوتک انرژی برای مقرون‌به‌صرفه کردن باتری‌های خود برای چشم‌اندازهای بلندمدت با چالش‌های بیشتری روبرو هستند. با این حال، این شرکت با وجود باتری‌های مبتنی بر گرافن بسیار با دوام خود، تأیید می‌کند که باتری‌های آن تأثیر اقتصادی مثبتی خواهند داشت، زیرا گزارش می‌شود که قیمت آنها از باتری‌های لیتیوم-یون ارزان‌تر است. پیاده‌سازی این باتری‌ها در بسیاری از مصارف مانند لپ‌تاپ، کامپیوتر، وسایل نقلیه الکتریکی ایمن‌تر، تلفن و کاربردهای هوافضا گسترش خواهد یافت.

 

درباره نویسنده «پروا چانتیال»

پروا چانتیال در سال 2013 پس از فارغ‌التحصیلی از دانشگاه منچستر در رشته مهندسی شیمی با گرایش انرژی و محیط زیست، به دانشگاه لایبنیتس هانوفر آلمان رفت تا مدرک دکترای خود را در رشته فناوری نانو دنبال کند. وی در دوران دکترا نیز سمت دستیاری تحقیق را در Laser Zentrum Hannover e.V به عهده داشت.

تجربه کاری و دکترای او به درک خصوصیات نوری نانو مواد اختصاص دارد. او از زمان پایان دوره دکترا در سال 2017، در Steinbeis R-Tech به عنوان مدیر پروژه مشغول به کار است. مسئولیت‌های کاری وی در همکاری با شرکای مختلف صنعتی شامل مدیریت علمی و مدیریت پروژه در زمینه ارزیابی چرخه عمر فرآیندهای تولید و آنالیز ریسک نانومواد است.