باتری گرافینی چیست و چرا می‌تواند گوشی‌های هوشمند را متحول کند؟

گوشی‌های هوشمند در سال‌های اخیر پیشرفت‌های چشمگیری داشته‌اند و شارژدهی باتری آن‌ها هم افزایش پیدا کرده، با این حال همچنان نمی‌توانیم دو یا سه روز بدون نگرانی از موبایل‌مان استفاده کنیم. اما این موضوع احتمالا در آینده با ورود باتری گرافینی به بازار تغییر خواهد کرد.

هنوز باتری‌های گرافینی به گوشی‌ها و گجت‌های دیگر راه پیدا نکرده‌اند، هرچند گفته می‌شود سامسونگ روی آن کار می‌کند. در آینده گرافین می‌تواند جایگزین باتری‌های لیتیوم یونی شود، فناوری که چندین دهه است صنایع به آن وابسته هستند.

با توجه به پیشرفت‌های اخیر در صنعت باتری و دستاوردهای شرکت‌های مختلف، احتمالا نباید مدت زمانی زیادی برای بهبود چشمگیر شارژدهی گجت‌ها منتظر بمانیم و شاید تا پیش از پایان دهه کنونی و رسیدن به سال ۲۰۳۰، شاهد انقلابی در این بخش باشیم، انقلابی که باتری گرافینی در آن نقش خواهد داشت. در ادامه نگاهی دقیق‌تری به این فناوری خواهیم داشت، با دیجیاتو همراه باشید.

باتری گرافینی چیست؟

پیش از اینکه بخواهیم به سراغ باتری گرافینی برویم، بهتر است اول نگاهی به خود گرافین و نحوه عملکردش داشته باشیم. بطور خلاصه، گرافین از اتم‌های کربنی تشکیل شده که محکم و در ساختارهای شش ضلعی یا لانه زنبوری در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. چیزی که گرافین را منحصر به فرد می‌کند، ساختاری است که تنها به اندازه یک لایه اتم ضخامت دارد و همین ویژگی آن را به یک ورق دو بعدی تبدیل می‌کند.

این ساختار دو بعدی خصوصیات جذابی ایجاد می‌کند که شامل رسانایی الکتریکی و گرمایی بالا، انعطاف‌پذیری قابل توجه، قدرت بالا و وزن کم می‌شود. این ویژگی‌ها گرافین را تبدیل به ماده‌ای مناسب برای صنایع مختلف می‌کند، اما برای گوشی‌ها بیشتر رسانایی الکتریکی و گرمایی اهمیت دارد که بالاتر از مس، ماده رایج در میان فلزات رسانا است.

زمانی که به سراغ باتری برویم، می‌توانیم با روش‌های مختلفی از گرافین بهره‌مند شویم. بطور ایده‌آل، می‌توان از گرافین در باتری به عنوان یک ابرخازن استفاده کرد. ابرخازن مانند باتری‌های سنتی جریان را ذخیره می‌کند، اما می‌تواند با سرعت فوق‌العاده بالایی شارژ و دشارژ شود.

با وجود چنین ویژگی، هنوز نمی‌توان بطور اقتصادی ورق‌های فوق‌العاده باریک گرافین را برای استفاده در باتری‌ها و سایر فناوری‌ها تولید کرد. در حال حاضر تولید گرافین هزینه بسیار بالایی دارد، هرچند پژوهش‌ها به کاهش چنین هزینه‌ای کمک می‌کنند.

سامسونگ در سال ۲۰۱۷ از پیشرفتی فوق‌العاده در ساخت «توپ گرافینی» خبر داد، اما از آن زمان تا به امروز اطلاعات بیشتری در این زمینه منتشر نشده. در کنار تولیدکنندگان گوشی، سازندگان خودروهای الکتریکی هم می‌توانند از باتری‌های گرافینی بهره‌مند شوند و در همین راستا ظاهرا تسلا هم به چنین فناوری علاقه‌ دارد، مخصوصا اینکه در آینده سهم خودروهای برقی در بازار رشد چشمگیری خواهد داشت.

گرافین در مقابل لیتیوم یون

درست مانند باتری‌های لیتیوم یونی، سلول‌های گرافین هم از دو صفحه رسانا پوشانده شده با یک ماده متخلخل و غوطه‌ور در یک محلول الکترولیت استفاده می‌کنند. با وجود چنین شباهتی، خصوصیات متفاوتی دارند.

گرافین رسانایی الکتریکی بالاتری نسبت به باتری‌های لیتیوم یونی دارد، بنابراین سلول‌ها سریعتر شارژ می‌شوند و البته جریان بالاتری را ارائه می‌کنند. چنین ویژگی برای باتری‌های حجیم خودروهای برقی کارایی بالایی دارد. علاوه بر این، با رسانایی گرمایی بالایی هم روبه‌رو هستیم که به معنای دمای پایین‌تر باتری گرافینی خواهد بود. کاهش دما به معنای افزایش عمر باتری خواهد بود، مخصوصا زمانی که در فضای محدودی مانند گوشی‌های هوشمند قرار بگیرند.

از دیگر مزایای باتری‌های گرافینی نسبت به لیتیوم یونی می‌توان به ضخامت و وزن کمتر اشاره کرد. بنابراین گوشی‌ها بدون نیاز به افزایش اندازه، می‌توانند به باتری پرظرفیت‌تری مجهز شوند. گرافین همچنین می‌تواند ظرفیت بسیار بیشتری را ذخیره کند. لیتیوم یون حداکثر ۱۸۰ وات ساعت انرژی به ازای کیلوگرم ذخیره می‌کند، در حالی که برای گرافین این عدد به ۱۰۰۰ می‌رسد.

در نهایت باید به امنیت گرافین اشاره کنیم. اگرچه باتری‌های لیتیوم یونی امنیت مناسبی دارند و تا به امروز مشکلات کمی ایجاد کرده‌اند، اما همچنان دلایلی مانند افزایش بیش از اندازه دما، شارژ بیش از حد و عدم تعادل شیمیایی می‌تواند منجر به انفجار و آتش گرفتن باتری‌های لیتیوم یونی شوند. گرافین در مقابل پایدارتر، انعطاف‌پذیرتر و قوی‌تر است، بنابراین در برابر چنین مشکلاتی مقاومت بالاتری از خودش نشان می‌دهد.

برای استفاده از گرافین در باتری می‌توان به سراغ باتری‌های لیتیوم یونی رفت و برای مثال عملکرد کاتد باتری‌های لیتیوم یونی را با گرافین بهبود داد. با چنین رویکردی با باتری‌های هیبریدی روبه‌رو می‌شویم که نتیجه‌اش وزن کمتر، سرعت شارژ و عمر بالاتر و ظرفیت بیشتر می‌شود.

باتری‌های گرافینی در گوشی‌های هوشمند

گوشی‌های آینده با تجهیز به سلول‌های گرافینی می‌توانند مزایای زیادی را در اختیار کاربران قرار دهند. با باتری گرافینی گوشی‌ها، پاوربانک‌ها و گجت‌ها می‌توانند از فناوری‌های کنونی سریعتر شارژ می‌شوند. شارژدهی گوشی‌های هوشمند به راحتی به دو روز خواهد رسید و حتی شاید بیشتر هم شود. علاوه بر این، موبایل‌ها می‌توانند باریک‌تر و سبک‌تر هم شوند.

اگر شرکتی تصمیم به کاهش ضخامت یا وزن محصولش نگیرد، می‌تواند از باتری گرافینی با سایز یکسان با باتری لیتیوم یونی استفاده کند اما این باتری جدید تا ۶۰ درصد ظرفیت بیشتری خواهد داشت. با عدم افزایش چشمگیر دما، عمر باتری هم بیشتر می‌شود و نیازی نیست پس از مدت کوتاهی باتری گوشی را تعویض کنیم.

در پایان باید گفت که باتری‌های گرافینی می‌توانند تغییر چشمگیری در دنیای گوشی‌های هوشمند ایجاد کنند، هرچند هنوز تا تولید انبوه آن‌ها فاصله داریم و نباید منتظر عرضه تجاری و گسترده چنین باتری‌هایی در آینده نزدیک باشیم. با این حال باتری‌های گرافینی نوید آینده‌ای را می‌دهند که می‌توانیم حتی با استفاده سنگین، هرچند روز یکبار موبایل‌مان را به برق بزنیم و نیاز کمتری به حمل پاوربانک داشته باشیم. البته بسیاری از صنایع مانند صنعت خودروسازی هم می‌توانند از خصوصیات گرافین بهره‌مند شوند.