هل نحن على مقربة من المكثفات الفائقة الجرافين المتاحة؟
جاذبية الجرافين في Supercapacitors
تمتلك الجرافين ، وهي طبقة واحدة من ذرات الكربون مرتبة في شبكة سداسية ، خصائص غير عادية تجعلها مادة مثالية للمكثفات الفائقة. يسمح الموصلية الكهربائية العالية بنقل الشحن السريع ، وهو أمر بالغ الأهمية لتحقيق أداء الطاقة العالية. على النقيض من مواد المكثفات التقليدية ، يمكن أن يمكّن الجرافين المكثفات الفائقة من شحن وتصريف بمعدلات أسرع بكثير.
علاوة على ذلك ، فإن الجرافين لديه مساحة سطح نظرية كبيرة للغاية. تخزين المكثفات الفائقة الطاقة من خلال تكوين طبقة كهربائية مزدوجة في واجهة القطب الكهربائي. توفر مساحة سطح أكبر مساحة أكبر للأيونات للامتصاص والديسور ، مما يزيد من السعة. من الناحية النظرية ، يمكن أن توفر المكثفات الفائقة المستندة إلى الجرافين قدرات تخزين طاقة أعلى بكثير مقارنة بالمكثفات التجارية التجارية الحالية.
الوضع الحالي للبحث والتطوير
لقد حقق البحث في المختبرات الأكاديمية والصناعية في جميع أنحاء العالم بعض النتائج الرائعة. على سبيل المثال ، أبلغت بعض الدراسات عن التصنيع الناجح للأقطاب القائمة على الجرافين ذات السعة العالية المحددة. في بعض التجارب ، تم تحقيق قيم تتجاوز تلك التي تتجاوز قيم أقطاب الكربون المنشطة التقليدية. كما كان العلماء يستكشفون طرقًا مختلفة لتجميع الجرافين عالي الجودة. يعد ترسيب البخار الكيميائي (CVD) أحد هذه التقنيات التي تم استخدامها لزراعة أفلام الجرافين عالية الجودة. يمكن بعد ذلك دمج هذه الأفلام في تصميمات SuperCapacitor.
مجال آخر من التقدم هو في تطوير المواد المركبة. من خلال الجمع بين الجرافين ومواد أخرى مثل أكاسيد المعادن أو البوليمرات ، يهدف الباحثون إلى تعزيز الأداء العام للمكثف الفائق. على سبيل المثال ، يمكن أن تؤدي إضافة أكاسيد المعادن إلى زيادة الاكتتاب الكاذب ، مما يساهم في ارتفاع السعة بشكل عام.
على الرغم من هذه النتائج المختبرية المثيرة ، لا تزال هناك عقبات مهمة للتغلب عليها قبل أن تصبح المكثفات الفائقة الجرافين متاحة تجاريًا. أحد التحديات الرئيسية هو التكلفة - الإنتاج الفعال للجرافين عالية الجودة. حاليًا ، فإن العديد من الطرق المستخدمة لإنتاج الجرافين ، مثل CVD ، باهظة الثمن وغير قابلة للتطوير بسهولة للتصنيع على نطاق واسع. بالإضافة إلى ذلك ، فإن عملية دمج الجرافين في أجهزة SuperCapacitor بطريقة تزيد من أدائها مع الحفاظ على التكلفة - لا تزال الفعالية في المرحلة التجريبية.
هناك أيضًا مشكلات تتعلق بالاستقرار الطويل والمدى المتانة من المكثفات الفائقة القائمة على الجرافين. في التطبيقات العالمية الحقيقية ، تحتاج هذه الأجهزة إلى تحمل دورات التفريغ آلاف الرسوم - دون تدهور كبير في الأداء. أظهرت بعض الدراسات أنه مع مرور الوقت ، قد تتراكم أوراق الجرافين أو تكتل ، مما يقلل من مساحة السطح المتاحة وبالتالي السعة.
وجهات نظر الصناعة والمتبنين الأوائل
تتخذ بعض الشركات بالفعل خطوات نحو تسويق تقنيات تخزين الطاقة ذات الصلة بالجرافين. على سبيل المثال ، هناك شركات ناشئة تقوم بتطوير أجهزة مختلطة تجمع بين مزايا البطاريات والمكثفات الفائقة ، مع لعب الجرافين دورًا رئيسيًا في تعزيز أداء مكون SuperCapacitor. ومع ذلك ، لا تزال هذه المنتجات في المراحل المبكرة من مقدمة السوق ولم تحقق بعد اختراق السوق الجماعي.
في صناعة السيارات ، هناك اهتمام كبير بالمكثفات الفائقة الجرافين لاستخدامها في السيارات الكهربائية. يمكن أن تحدث القدرة على الشحن والتفريغ بسرعة بطريقة الطريقة التي يتم بها تشغيل السيارات الكهربائية ، مما يقلل من أوقات الشحن بشكل كبير. ولكن لكي يحدث هذا ، تحتاج التكنولوجيا إلى أن تنضج أكثر وتلبية متطلبات السلامة والأداء والتكلفة الصارمة لقطاع السيارات.
الخلاصة: الطريق المقبلة
لذلك ، هل نحن على وشك توفير المكثفات الفائقة الجرافين؟ الجواب حذر "تقريبًا ، لكن ليس بعد". على الرغم من وجود تقدم كبير في فهم خصائص الجرافين وتطبيقاته المحتملة في المكثفات الفائقة ، وعلى الرغم من وجود تطورات واعدة في المختبرات والمختبرات في السوق ، لا يزال هناك العديد من التحديات التكنولوجية والاقتصادية التي يجب معالجتها.
مع استمرار الأبحاث وتواجد حلول لهذه التحديات ، يمكننا أن نتوقع أن نرى المكثفات الفائقة الجرافين في طريقهم إلى المزيد والمزيد من التطبيقات ، من الإلكترونيات الاستهلاكية إلى السيارات الكهربائية وخارجها. ولكن في الوقت الحالي ، يجب أن نستمر في الانتظار والمشاهدة لأن التكنولوجيا تتطور نحو إمكاناتها التجارية الكاملة.
مرحبًا، Shanghai Green Tech (GTCAP) هي شركة مصنعة لبطاريات المكثفات الفائقة ومزودة لحلول تخزين الطاقة،
تقديم حلول تخزين الطاقة OEM وODM ومخصصة للعملاء.
حقوق النشر © 2023 GTCAP -
www.greenteche.com
|
خريطة الموقع