افزایش ایمنی باتری خودروهای الکتریکی با فویل‌های گرافنی تحول‌آفرین که ۱۰۰،۰۰۰ بار خم می‌شوند

گروهی از محققان با توسعه روشی جدید برای تولید جمع‌کننده‌های جریان گرافنی در مقیاس بزرگ، پیشرفت بزرگی در فناوری ذخیره‌سازی انرژی ایجاد کرده‌اند.

"این پیشرفت نوید بهبود قابل توجهی در ایمنی و عملکرد باتری‌های لیتیوم یون (LIBs) را می‌دهد و به یک چالش حیاتی در فناوری ذخیره‌سازی انرژی پاسخ می‌دهد،" محققان در خبرنامه‌ای اعلام کردند.

این نوآوری گامی اساسی به سوی آینده‌ای است که با خودروهای برقی و انرژی‌های تجدیدپذیر تأمین می‌شود.

این تیم شامل محققانی از دانشگاه سوانزی، دانشگاه فناوری ووهان و دانشگاه شنژن بود.

بهبود ایمنی و عملکرد

این پیشرفت یک روش قابل گسترش برای ایجاد فویل‌های گرافنی بدون نقص است. این فویل‌ها دارای هدایت حرارتی فوق‌العاده‌ای هستند.

"این فویل‌ها هدایت حرارتی فوق‌العاده‌ای دارند—تا 1،400.8 W m–1 K–1—که تقریباً ده برابر بیشتر از جمع‌کننده‌های جریان معمولی مس و آلومینیوم استفاده شده در LIBs است،" خبرنامه تاکید کرد.

دکتر روی تان، نویسنده مشترک از دانشگاه سوانزی، بیان کرد که روش آن‌ها تولید جمع‌کننده‌های جریان گرافنی را در مقیاس و کیفیتی که به راحتی در ساخت باتری تجاری استفاده شود، ممکن می‌سازد.

"این نه تنها ایمنی باتری را با مدیریت مؤثر گرما بهبود می‌بخشد، بلکه چگالی انرژی و ماندگاری را نیز افزایش می‌دهد،" او افزود.

قابلیت گسترش و انعطاف‌پذیری

محققان توانایی تولید این فویل‌های گرافنی در مقیاس بزرگ، در طول‌های از متر تا کیلومتر را نشان داده‌اند.

آن‌ها حتی یک فویل گرافنی ۲۰۰ متری ایجاد کرده‌اند که حتی پس از خم شدن بیش از ۱۰۰،۰۰۰ بار همچنان هدایت الکتریکی بالای خود را حفظ کرده است.

این انعطاف‌پذیری امکانات استفاده را در الکترونیک انعطاف‌پذیر و سایر فناوری‌های پیشرفته باز می‌کند.

"این روش جدید همچنین امکان تولید فویل‌های گرافنی با ضخامت‌های قابل تنظیم را فراهم می‌کند، که می‌تواند به باتری‌های ایمن‌تر و کارآمدتر منجر شود،" محققان افزودند.

پرداختن به فرار حرارتی

این قابلیت بالای انتقال حرارت به طور مستقیم به یک نگرانی اساسی ایمنی پاسخ می‌دهد: فرار حرارتی.

برای اطلاع، فرار حرارتی یک واکنش زنجیره‌ای خطرناک بیش از حد گرم شدن است که می‌تواند به سقوط باتری و آتش سوزی و انفجار منجر شود. این یک خطر عمده است، به ویژه در باتری‌های LIBs با انرژی بالا که در خودروهای الکتریکی استفاده می‌شوند.

جمع‌کننده‌های جریان گرافنی به عنوان یک سینک حرارتی مؤثر عمل می‌کنند و از تجمع حرارت بیش از حد جلوگیری کرده و ریسک فرار حرارتی را کاهش می‌دهند.

"ساختار گرافنی متراکم و هم‌تراز ما یک مانع قوی در برابر تشکیل گازهای قابل اشتعال ایجاد می‌کند و از نفوذ اکسیژن به سلول‌های باتری جلوگیری می‌کند، که برای جلوگیری از ناکامی‌های فاجعه بار حیاتی است،" دکتر جینلونگ یانگ، نویسنده مشترک از دانشگاه شنژن، توضیح داد.

کاربردهای گسترده

پیشروی این نوآوری گسترده است. باتری‌های ایمن‌تر و کارآمدتر به معنای خودروهای الکتریکی است که نه تنها قابل اعتمادتر و با عمر طولانی‌تر هستند، بلکه به تسریع انتقال جهانی به سوی حمل و نقل پایدار نیز کمک می‌کنند.

علاوه بر این، در بخش انرژی‌های تجدیدپذیر، قابلیت‌های پیشرفته ذخیره‌سازی انرژی نقش حیاتی در بهره‌برداری و استفاده مؤثر از منابع انرژی پاک بازی می‌کنند.

"این نوآوری می‌تواند برای آینده ذخیره‌سازی انرژی تأثیرات گسترده‌ای داشته باشد، به ویژه در خودروهای الکتریکی و سیستم‌های انرژی‌های تجدیدپذیر که ایمنی و کارآمدی بسیار مهم است،" خبرنامه نتیجه‌گیری کرد.

تیم تحقیقاتی در حال ادامه بهبود فرآیند خود است. آن‌ها هدف خود را بر کاهش بیشتر ضخامت فویل‌های گرافنی و بهبود خواص مکانیکی آن‌ها قرار داده‌اند.

آن‌ها همچنین به استفاده از این ماده در انواع دیگر باتری‌ها مانند باتری‌های جریان ردوکس و باتری‌های سدیمی-یون می‌پردازند.

این پیشرفت یک گام عمده در فناوری ذخیره‌سازی انرژی محسوب می‌شود. در حالی که جهان به دنبال راه‌حل‌هایی برای تغییرات اقلیمی و نیاز به انرژی پاک است، این توسعه مسیر امیدوارکننده‌ای به سمت آینده‌ای پایدارتر ارائه می‌دهد.