بطارية الجرافين: ما الحقيقي اليوم وأين يساعد الجرافين

بقلم فرانس ألكماد، الرئيس التنفيذي لشركة Graphene Integrations

المتجر: اطّلع على الأحجام ورموز SKU وورقة المواصفات لمنتج إضافة الجرافين للبطاريات في متجرنا، أو تصفّح جميع منتجات الجرافين.

تعد عناوين "بطارية الجرافين" بهواتف تُشحن في دقائق وسيارات كهربائية لا تبلى بطارياتها أبدًا. الواقع أكثر تواضعًا، وأكثر فائدة لمهندسي البطاريات. يشرح هذا المقال ما يقصده الناس ببطارية الجرافين، وما هو موجود فعلًا في السوق، وأين يساعد الجرافين داخل الخلية اليوم، وكيف يمكن لفريق الأقطاب اختباره.

ما هي بطارية الجرافين؟

تُستخدم العبارة لثلاثة أشياء مختلفة على الأقل:

• خلايا ليثيوم أيون تحتوي على الجرافين، عادةً كإضافة موصلة أو طلاء في الأقطاب. وهذا هو المعنى الأكثر شيوعًا في المنتجات الحقيقية.
• كيميائيات جديدة مبنية حول الجرافين، مثل خلايا أيونات الألمنيوم بالجرافين، التي لا تزال قيد التطوير وتوزيع العينات على العملاء، وليست في الإنتاج الكمي.
• التسويق: شواحن متنقلة وحزم بطاريات تحمل كلمة "جرافين" دون أن يكون دور الجرافين واضحًا.

طرحت مجلة Nature Nanotechnology السؤال مباشرة في افتتاحيتها "Where is my graphene battery?" (Nature Nanotechnology). والإجابة المختصرة: الجرافين يساعد الخلايا، لكن البطارية الخارقة المصنوعة بالكامل من الجرافين لم تصل بعد، بسبب التكلفة وصعوبة التوسع والأداء على مستوى الخلية.

أين يساعد الجرافين في الخلية اليوم

داخل القطب، تحتاج جسيمات المادة الفعالة إلى مسار للإلكترونات. وتوفر الإضافات الموصلة مثل أسود الكربون وأنابيب الكربون النانوية هذا المسار. يمكن لرقائق الجرافين الرقيقة العريضة أن تربط جسيمات كثيرة في آن واحد، ولهذا يُدرس كإضافة موصلة (Journal of Materials Chemistry A). وتشمل مجالات البحث:

• توصيلية القطب وانخفاض المقاومة الداخلية.
• قدرة المعدل، أي الأداء عند الشحن والتفريغ الأسرع.
• توزيع الحرارة داخل الأقطاب.
• أنودات السيليكون وغيرها عالية السعة، حيث يمكن للجرافين أن يساعد على تماسك الشبكة الموصلة مع انتفاخ الجسيمات.

قد تعود الرقائق أيضًا إلى التراص وتسد مسارات الأيونات إذا لم تكن جيدة التشتت، لذا الزيادة ليست أفضل دائمًا. لا تنشر Graphene Integrations أرقام اختبارات للخلايا. تُقيَّم كل نتيجة مقارنةً بتركيبة القطب الحالية لدى العميل.

كيف تعمل إضافة الجرافين للبطاريات لدينا

إضافة الجرافين للبطاريات هي جرافين يُورَّد مشتتًا مسبقًا لخلط معاجين الأقطاب. ولأن الجرافين يصل مفصولًا مسبقًا في سائل، تتجاوز خطوة المسحوق المُغبِّر وتضيفه مثل أي مكوّن آخر في المعجون.

• لمن: تطوير معاجين الأقطاب، وأبحاث الخلايا، والخطوط التجريبية.
• الحامل: تشتيت مائي أو في مذيب يناسب عملية المعجون لديك.
• الجرعة: عادةً من 1% إلى 7% بالوزن، حسب الاستخدام.
• الخلط: أضفها في مرحلة المعجون التي نوصي بها لعمليتك واخلط باستخدام معداتك المعتادة.
• صُنع في الولايات المتحدة في Charlotte, NC. براءة اختراع قيد التسجيل. لا يحتوي على أسود الكربون. لا يُباع أبدًا على شكل مسحوق.

هذه مادة لمطوري البطاريات. نحن لا نبيع بطاريات الجرافين.

الجرافين مقارنةً بأسود الكربون والأنابيب النانوية في الأقطاب

أسود الكربون هو الإضافة الموصلة القياسية في معظم أقطاب الليثيوم أيون. وهو رخيص ومفهوم جيدًا، لكنه مكوّن من جسيمات صغيرة مستديرة لا تتلامس إلا في نقاط. تشكّل أنابيب الكربون النانوية شبكات بعيدة المدى بنسب منخفضة، وهي شائعة الآن في الخلايا عالية الطاقة. ويمكن لرقائق الجرافين المسطحة أن تغطي مساحة أكبر من سطح الجسيمات وتربط بينها بطريقة مختلفة، وتبحث دراسات كثيرة في مزيج من هذه المواد. ويعتمد المزيج المناسب على المادة الفعالة وسماكة القطب والمعدل المستهدف. لا تحتوي إضافاتنا على أسود الكربون، لذا فإن أي تغيير تقيسه يأتي من الجرافين والحامل.

ما هي إضافة الجرافين؟

إضافة الجرافين هي منتج يُدخل الجرافين إلى مادة أخرى بجرعة منخفضة، كما يفعل الصبغ أو مادة الحشو المقوية. الجرافين هو الجزء الفعّال، أما الحامل المحيط به فهو الذي يحدد ما إذا كان سيمتزج بمنتجك بشكل نظيف.

لماذا يتفوق السائل المشتت مسبقًا على المسحوق. مسحوق الجرافين الجاف خفيف ومُغبِّر وصعب الترطيب، وتميل رقائقه إلى التكتل من جديد. تعمل التكتلات كعيوب، لذلك قد يجعل المسحوق المنتج أسوأ بدلًا من أفضل. نورّد إضافات الجرافين لدينا على شكل سوائل تكون رقائقها مفصولة مسبقًا في حامل يناسب نظامك، فتمتزج باستخدام المعدات التي تعمل بها بالفعل ولا يوجد غبار دقيق يجب التعامل معه. نحن لا نبيع المسحوق أبدًا.

الجرعة. تُستخدم إضافات الجرافين لدينا عادةً بنسبة 1% إلى 7% بالوزن، حسب الاستخدام. الزيادة ليست أفضل دائمًا، لذا يجب أن تشمل التجربة جرعتين أو ثلاث.

التجربة. قارن بمنتج مرجعي تصنعه بالفعل، وغيّر جرعة الإضافة فقط، وأجرِ الاختبارات التي يستخدمها عملاؤك. يقدّم دليلنا حول كيفية إجراء تجربة لإضافة الجرافين ودليلنا حول كيفية اختيار إضافة الجرافين مزيدًا من التفاصيل.

كيف ينبغي لفريق البحث والتطوير اختبارها

1. ابدأ من قطب مرجعي ذي بيانات معروفة.
2. أخبرنا بالمادة الفعالة والمادة الرابطة والمذيب أو الماء والإضافة الموصلة الحالية.
3. حضّر المرجع وجرعتين أو ثلاث ضمن نطاق 1% إلى 7%، مع إبقاء نسبة المواد الصلبة وطريقة الخلط كما هي.
4. افحص لزوجة المعجون وثباته، ثم جودة الطلاء والالتصاق.
5. قِس مقاومية القطب، ثم اصنع الخلايا وأجرِ اختبارات المعدل والدورات والمعاوقة جنبًا إلى جنب.

لنظرة فنية أعمق، اقرأ الجرافين كإضافة موصلة في أقطاب البطاريات، أو زر صفحة تخزين الطاقة بالجرافين.

الأسئلة الشائعة

احصل على إضافة الجرافين للبطاريات

هل أنت مستعد لتجربة الجرافين في منتجك؟ انتقل إلى صفحة إضافة الجرافين للبطاريات في المتجر للاطلاع على الأحجام ورموز SKU وورقة المواصفات وصحيفة بيانات السلامة، أو تصفّح متجر الجرافين بالكامل. الأسعار والعينات حسب عرض السعر. اتصل على 704-659-3682 أو اطلب عرض سعر أو عينات أو ورقة مواصفات / صحيفة بيانات السلامة.