แบตเตอรี่กราฟีน แบตเตอรี่แห่งอนาคต
คำวิจารณ์ที่พบบ่อยที่สุดของรถยนต์ไฟฟ้า (EV) และสมาร์ทโฟนคือการชาร์จนานเกินไป
แล้วทำไมใครๆ ก็อยากขับรถที่ต้องใช้เวลาชาร์จนานกว่าหนึ่งนาทีล่ะ? อย่างไรก็ตาม ลองนึกภาพรถยนต์ไฟฟ้าที่มีแบตเตอรี่ที่ชาร์จเร็วมากและมีระยะการขับขี่ที่ยาวไกล หรือนึกภาพสมาร์ทโฟนที่ชาร์จไฟไว้ภายในหนึ่งนาที แม้ว่าจะดูเหมือนเป็นไปไม่ได้ แต่ความก้าวหน้าของแบตเตอรี่กราฟีนทำให้มันเป็นไปได้
การล่มสลายของแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน
แบตเตอรีจากลิเทียมได้รับการยอมรับว่าเป็นทางเลือกหนึ่งสำหรับการใช้งานในการจัดเก็บพลังงานเนื่องจากมีความหนาแน่นของพลังงานสูง แบตเตอรี่เหล่านี้ให้พลังงานแก่คอมพิวเตอร์ สมาร์ทโฟน และแม้แต่รถยนต์ของเรา
ปัญหาหนึ่งที่แบตเตอรี่ลิเทียมไอออนยังคงมีอยู่คือความปลอดภัย ของเหลวที่บรรจุอยู่ภายในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนนั้นติดไฟได้สูง ความเสียหายใดๆ ต่อชั้นนอกของแบตเตอรี่อาจส่งผลให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร ทำให้เกิดไฟไหม้และการระเบิดได้ ตัวอย่างเช่น ในปี 2016 สมาร์ทโฟนระเบิดอย่างกะทันหันทำให้ผู้ใช้หลายคนทั่วโลกเกิดแผลไฟไหม้ระดับหนึ่ง
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการใช้ระบบระบายความร้อนกับแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่ใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าอย่างกว้างขวาง อย่างไรก็ตาม ระบบระบายความร้อนนี้ใช้พื้นที่จำนวนมาก
ปัญหาอีกประการหนึ่งของแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนคือการรีไซเคิล ชิ้นส่วนส่วนใหญ่ในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนไม่ได้ทำจากชิ้นส่วนที่สามารถเข้ากันได้ทางชีวภาพ ทำให้กระบวนการรีไซเคิลมีราคาแพงมาก
ประการสุดท้าย แบตเตอรี่มีความหนาแน่นของพลังงานต่ำ ยกตัวอย่างสมาร์ทโฟน: เนื่องจากความหนาแน่นของพลังงานสูงของสมาร์ทโฟน แบตเตอรี่จึงต้องใช้งานได้เกือบทั้งวัน หากต้องการชาร์จอุปกรณ์ใหม่ จะต้องเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานอื่นเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมงหรือมากกว่านั้น
ลักษณะที่ดีของกราฟีน
กราฟีนเป็นแผ่นของอะตอมคาร์บอนหนาความหนาหนึ่งอะตอมที่มีพื้นที่ผิวสัมพัทธ์เท่ากับ 2,630 ตารางเมตร/กรัม ซึ่งเหนือกว่าในด้านการเก็บประจุโดยแทบไม่มีการสลายตัวเลยตลอดวงจรในระยะยาว พันธะในกราฟีนให้กราฟีนมีความต้านทานแรงดึงมากกว่าเหล็กสี่เท่า ในขณะที่มีความโปร่งใส ยืดหยุ่นสูง และเป็นตัวนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดีเยี่ยม คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้กราฟีนเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับไม่แต่แบตเตอรี่เท่านั้น ยังรวมถึงตัวเก็บประจุยิ่งยวดด้วย
อย่างไรก็ตาม ตัวเก็บประจุยิ่งยวดที่เป็นกราฟีนไม่สามารถเก็บพลังงานได้มากเท่ากับแบตเตอรี่ แต่สามารถชาร์จใหม่ได้เต็มภายในไม่กี่นาที ดังนั้น เพื่อเอาชนะความหนาแน่นพลังงานต่ำของตัวเก็บประจุยิ่งยวดแบบกราฟีน นักวิทยาศาสตร์จึงเริ่มทำงานเกี่ยวกับการเชื่อมต่อของตัวเก็บประจุยิ่งยวดและแบตเตอรี่เป็นระบบกักเก็บพลังงานแบบไฮบริด
แบตเตอรี่ไฮบริดกราฟีน-อะลูมิเนียม
ในความร่วมมือกับ Graphene Manufacturing Group นักวิจัยจาก University of Queensland Australia ได้พัฒนาต้นแบบแบตเตอรี่ไฮบริดที่ใช้กราฟีน แบตเตอรี่นี้ใช้กราฟีนและอะลูมิเนียมเป็นวัสดุอิเล็กโทรด และโดยทั่วไปจะเรียกว่าแบตเตอรี่กราฟีน-อะลูมิเนียม แบตเตอรี่มีความหนาแน่นของพลังงาน 150-160 Wh/kg และสามารถชาร์จได้เร็วมากภายใน 1-5 นาที
นอกจากนี้ แบตเตอรี่กราฟีนอะลูมิเนียมไอออนยังมีข้อได้เปรียบที่สำคัญในแง่ของความปลอดภัยของแบตเตอรี่ ความสามารถในการรีไซเคิล และอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนานขึ้น (มากกว่า 2,000 รอบ) โดยแทบไม่ลดประสิทธิภาพการทำงานลง
ตามข้อมูลล่าสุด Graphene Manufacturing Group (GMG) ได้ประกาศว่าได้ผลิตแบตเตอรี่กราฟีนอะลูมิเนียมไอออนในรูปแบบเซลล์ขนาดกระเป๋าถือสำหรับใช้ในสมาร์ทโฟน แท็บเล็ต แล็ปท็อป และอื่นๆ
ตาม GMG ขีดจำกัดพลังงานตามทฤษฎีของแบตเตอรี่เหล่านี้อยู่ที่ประมาณ 1050 Wh/Kg ด้วยการพัฒนาเพิ่มเติม ในไม่ช้าเราสามารถคาดหวังได้ว่าจะได้ใช้พลังงานของแบตเตอรี่กราฟีนมากกว่าแบตเตอรี่เชิงพาณิชย์
แบตเตอรี่ลิเทียม-กำมะถันที่ถูกปรับปรุงด้วยกราฟีน
ช่วงเวลาของการพัฒนาแบตเตอรี่ไฮบริดกราฟีนเกิดขึ้นเมื่อปลายปี 2021 เมื่อบริษัท Lyten ในแคลิฟอร์เนียประกาศว่าพวกเขาได้พัฒนาแบตเตอรี่กราฟีนสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าที่มีความหนาแน่นของพลังงานเป็นสามเท่าของความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนแบบเดิม
แบตเตอรี่เหล่านี้เป็นแบตเตอรี่ลิเทียม-ซัลเฟอร์ (Li–S) ที่ได้รับการขนานนามว่าเป็นแบตเตอรี่แบบชาร์จใหม่ได้รุ่นต่อไป อย่างไรก็ตาม ความท้าทายในการใช้งานแบตเตอรี่ Li-S ในชีวิตจริงคือการก่อตัวของพอลิซัลไฟด์ชนิดละลายน้ำได้ในระหว่างรอบการคายประจุ สปีชีส์ตัวกลางเหล่านี้กระจายตัวระหว่างแอโนดและแคโทดและทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรภายใน ปรากฏการณ์นี้มักเรียกกันว่า shuttling effect และมีผลต่อประสิทธิภาพที่ไม่ดีและการเสื่อมอย่างรวดเร็วของเซลล์ Li-S
Lyten รวมเมมเบรนกราฟีน 3 มิติเข้ากับแคโทดกำมะถันเพื่อเอาชนะปัญหานี้ ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวแยกที่มีประสิทธิภาพและลดอัตราการสลายตัวของวงจรความจุ
ผลิตภัณฑ์นี้มีชื่อว่า LytCell EV และมีรายงานว่าให้พลังงานความหนาแน่น 900 Wh/kg การทดสอบแสดงให้เห็นว่าต้นแบบ LytCell สามารถรักษารอบการชาร์จและการคายประจุได้มากกว่า 1,400 รอบ
แบตเตอรี่พอลิเมอร์ที่ถูกเสริมด้วยกราฟีน
PolyJoule บริษัทที่แยกจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) เมื่อเร็วๆ นี้ประกาศเทคโนโลยีแบตเตอรี่ใหม่สำหรับการสำรองข้อมูลศูนย์ข้อมูลกำลังสูงและแอพพลิเคชั่นโครงข่ายพลังงาน อุปกรณ์นี้เป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีแบบสองอิเล็กโทรดที่มีไฮบริดคาร์บอน-กราฟีนและพอลิเมอร์ที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า
แบตเตอรี่สามารถคายประจุไฟฟ้าได้สูงถึง 1 เมกะวัตต์ ในเวลาน้อยกว่า 10 วินาที และชาร์จใหม่ได้ในเวลาน้อยกว่าห้านาที มีช่วงแรงดันไฟฟ้า 158 V ถึง 972 V และสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิตั้งแต่ -40 °C ถึง 50 °C โดยมีการสูญเสียความจุน้อยที่สุด
แบตเตอรี่ลิเทียมที่ไม่ติดไฟ
เมื่อแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนลัดวงจร จะทำให้แบตเตอรี่ลุกไหม้ ซึ่งทำให้เกิดความกังวลเกี่ยวกับการใช้งานในสินค้าอุปโภคบริโภค นี่เป็นเพราะอิเล็กโทรไลต์ที่ติดไฟได้ซึ่งอยู่ภายในแบตเตอรี่ลิเทียมไอออน Nanotech Energy ซึ่งตั้งอยู่ในสหรัฐอเมริกา ได้สร้างชุดแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนแบบกราฟีนที่ไม่ติดไฟซึ่งมีความปลอดภัยและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม พวกเขาใช้กราฟีนเป็นวัสดุอิเล็กโทรดในแบตเตอรี่ลิเทียมและพัฒนาอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่ติดไฟราคาไม่แพงที่เรียกว่า OrganoLyteTM
กล่าวกันว่าแบตเตอรี่มีความหนาแน่นของพลังงาน 162.5 Wh/kg และสามารถทนทานต่อรอบการใช้งานมากกว่า 1,400 รอบ (เกือบ 10 ปี) ที่ความจุ 80 เปอร์เซ็นต์
แบตเตอรี่ทนไฟได้ทั้งหมดและเหมาะสำหรับทุกสภาพอากาศ ในการเปรียบเทียบ แบตเตอรี่ลิเทียมแบบเดิมสามารถทนต่อการชาร์จ 300-500 รอบเท่านั้น (ประมาณสองถึงสามปี) จากการอัพเดทล่าสุด บริษัทได้เริ่มทำการพรีออร์เดอร์แล้ว และแบตเตอรี่อาจถูกปรับแต่งสำหรับใช้ในยานพาหนะไฟฟ้า คอมพิวเตอร์ และการใช้งานทางการทหาร
อนาคตของแบตเตอรี่กราฟีน
Tesla เพิ่งประกาศว่าแบตเตอรี่รุ่น 3 ของพวกเขามีความหนาแน่นของพลังงานใกล้เคียงกับ 260 Wh/kg มันยังคงต้องใช้ระบบระบายความร้อนที่ซับซ้อนเพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไป ดังนั้นจึงใช้พื้นที่มาก ในทางกลับกัน เนื่องจากแบตเตอรี่กราฟีนไม่เกิดความร้อนสูงเกินไปหรือระเบิด จึงไม่จำเป็นต้องมีระบบระบายความร้อน และสามารถใช้พื้นที่สำหรับแบตเตอรี่เก็บพลังงานในรถยนต์ไฟฟ้าได้
ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีแบตเตอรี่กราฟีนเกิดขึ้นเมื่อ GAC Motor Co. Ltd บริษัทรถยนต์ของจีน ประกาศเปิดตัวรถยนต์ AION V ซึ่งมีแบตเตอรี่กราฟีนที่มีระยะวิ่งเป็นระยะทาง 1,000 กม. และสามารถชาร์จใหม่ได้ความจุ 80 เปอร์เซ็นต์ใน 8 นาที ไม่ต้องสงสัยเลยว่าการจำหน่ายแบตเตอรี่กราฟีนอย่างต่อเนื่องจะมีประสิทธิภาพเหนือกว่าแบตเตอรี่ทั่วไปในไม่ช้าสำหรับการนำไปใช้ในวงกว้าง
- 2
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
