گرافن در حال حاضر بیشترین ماده مورد مطالعه در کره زمین است. این امر به ویژه در مورد ذخیره‌سازی بار صادق است و نتایج بسیاری از آزمایشگاه‌ها، پتانسیل آن را برای تغییر چشم‌انداز ذخیره‌سازی انرژی امروزی تأیید می‌کند.
به طور خاص، گرافن می‌تواند چندین ویژگی جدید برای دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی ارائه دهد، مانند خازن‌های کوچک‌تر، دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی کاملاً انعطاف‌پذیر و حتی قابل لوله شدن، باتری‌های شفاف و دستگاه‌های با ظرفیت بالا و شارژ سریع.
با وجود پیشرفت‌های قابل توجه، آینده گرافن در بازار ذخیره‌سازی انرژی به دلیل چالش‌های متعدد نامشخص است. نویسندگان در مورد این چالش‌ها بحث و راه‌حل‌هایی را پیشنهاد می‌کنند و همچنین به طور خلاصه در مورد پتانسیل سایر مواد دوبعدی نوظهور برای کاربردهای ذخیره‌سازی انرژی بحث می‌کنند.
گرافن برای ذخیره‌سازی انرژی
قبلاً در مورد مواد گرافنی برای کاربردهای ذخیره‌سازی انرژی بحث کردیم. به طور خاص، گرافن به دلیل مساحت سطح فوق‌العاده بالای خود تا ۲۶۳۰ متر مربع بر گرم، توجه زیادی را برای ابرخازن‌ها به خود جلب کرده است.
با این حال، همانطور که نویسندگان می‌نویسند، "برای درک محدودیت‌های گرافن در ابرخازن‌ها، دانستن چگالی انرژی یک سلول کاملاً بسته‌بندی شده و نه فقط ظرفیت ماده فعال، مهم است. علاوه بر ظرفیت گرافن، حداکثر چگالی انرژی ابرخازن‌های مبتنی بر گرافن به چندین پارامتر دیگر، مانند ضخامت و چگالی فیلم گرافن و سایر اجزای سلول، از جمله جمع‌کننده جریان و جداکننده جریان، ماهیت و چگالی الکترولیت، پنجره ولتاژ عملیاتی سلول و راندمان بسته‌بندی بستگی دارد."
گرافن همچنین در طیف وسیعی از باتری‌ها از جمله جریان ردوکس، فلز-هوا، لیتیوم-گوگرد و مهمتر از همه، باتری‌های لیتیوم-یون بسیار مفید است. گرافن را می‌توان به صورت شیمیایی به اشکال مختلف مناسب برای الکترودهای مثبت و منفی پردازش کرد و امکان ساخت یک باتری تمام گرافنی با چگالی انرژی فوق العاده بالا را فراهم کرد. محققان همچنین بارها استفاده از مواد کامپوزیت گرافن، به عنوان مثال ساندویچ‌های نانولوله کربنی/گرافن، را برای باتری‌های لیتیوم-گوگرد با سرعت بالا یا برای تقویت باتری‌های لیتیوم-فلزی یا در ترکیب با دی‌سولفید مولیبدن به عنوان الکترودهای با کارایی بالا برای باتری‌های سدیم-یون نشان داده‌اند.
حتی باتری‌های گرافن چاپ سه‌بعدی، با استفاده از جوهر گرافن، قبلاً نشان داده شده‌اند.
سنتز و مونتاژ گرافن برای باتری‌ها
مجموعه‌های ماکروسکوپی منحصر به فرد مختلفی از گرافن را می‌توان تهیه کرد که هر چهار بعد را پوشش می‌دهند، به شکل نقاط کوانتومی (0D)، سیم‌ها (1D)، فیلم‌ها (2D)، مونولیت‌ها (3D) و ساختارهای بالقوه خود ترمیم شونده و/یا خود تا شونده 4D، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.
سنتز و مونتاژ گرافن. ورق‌های گرافن را می‌توان برای تشکیل ساختارهای ماکروسکوپی دستکاری کرد که از ویژگی‌های منحصر به فرد ورق‌های گرافن منفرد بهره می‌برند و امکان ساخت معماری‌های گرافن جدید را فراهم می‌کنند که برای کاربردهای مختلف مفید هستند. ورق‌های گرافن دوبعدی را می‌توان به ساختارهای ماکروسکوپی از همه ابعاد مونتاژ کرد: نقاط صفربعدی، ساختارهای خطی یک‌بعدی، فیلم‌های دوبعدی، مونولیت‌های سه‌بعدی و ساختارهای خودتاشو بالقوه چهاربعدی. روش‌های تهیه این ساختارها و چگونگی تأثیر آنها بر خواص و کاربردهای گرافن شرح داده شده است. AAO، اکسید آلومینیوم آندی؛ CNT، نانولوله کربنی؛ CVD، رسوب بخار شیمیایی؛ GO، اکسید گرافن؛ نقاط کوانتومی، نقاط کوانتومی.
پردازش گرافن
برای تحقق پتانسیل تجاری گرافن، توسعه فرآیندهای قابل اعتماد، مقرون به صرفه و آسان برای ساخت الکترودهای گرافن در مقیاس صنعتی با عملکرد خوب ضروری است. در یکی از مقالات قبلی Nanowerk Spotlight، ما در مورد چشم‌انداز ثبت اختراع جهانی برای تولید انبوه گرافن با کیفیت بالا بحث کرده‌ایم.
پردازش محلول، یک استراتژی ساده اما مؤثر برای ساخت الکترودهای گرافن ارائه می‌دهد و با پروتکل‌های تولید فعلی اتخاذ شده توسط صنعت برای تهیه الکترودهای باتری سازگار است.
پراکندگی‌های گرافن را می‌توان با استفاده از تکنیک‌های مختلف پوشش‌دهی، از جمله: پوشش غوطه‌وری، پوشش میله‌ای، پوشش اسپری، چاپ جوهرافشان، پوشش چرخشی، چاپ صفحه‌ای، چاپ گراور، پوشش تیغه‌ای، الکتروریسی، رسوب الکتریکی، فیلتراسیون خلاء، ریخته‌گری قطره‌ای، رسوب‌گذاری بین سطحی، رسوب‌گذاری لانگمویر-بلادجت و مونتاژ لایه به لایه، به الکترود تبدیل کرد.
شرکت نانو مواد گستران پارس مفتخر است که به عنوان یکی از تولید کنندگان و تامین کنندگان پیشگام در عرضه انواع مواد گرافنی در کشور عزیزمان ایران فعالیت می نماید.
شما عزیزان میتوانید برای خرید گرافن در مقیاس آزمایشگاهی و صنعتی به صفحه محصول این ماده مراجعه نموده و یا با کارشناسان فروش شرکت تماس حاصل نمایید.
