انرژی سبز
کد مطلب: 80043
12:00
30 بهمن 1397

کاربرد گرافن در انرژی سبز و فیلتر آب شیرین

محققان برای اولین بار توانسته اند با استفاده از گرافن باتری‌های کاغذی و باریکی بسازند که شارژ آن‌ها با استفاده از انرژی خورشیدی انجام می‌شود، گرافن همچنین در تولید پنل های خورشید ویژه مناطق بارانی، باتری های با قابلیت شارژ فوق سریع و فیلتر آب شیرین کن کاربرد دارد.

به گزارش زیست آنلاین، تولید باتری‌های منعطف خورشیدی از گرافنبه گزارش برق نیوز، تا چهار سال قبل گرافن ماده‌ای بسیار ترد و شکننده محسوب می‌شد که تولید محصولاتی منعطف و محکم با استفاده از آن تنها یک رویا محسوب می‌شد، اما حالا شرایط در این زمینه کاملا تغییر کرده است.

پژوهشگران دانشگاه گلاسکو توانسته اند با استفاده از گرافن باتری‌های منعطفی تولید کنند که از ظرفیت بالایی برای ذخیره سازی انرژی نیز برخوردار است. این باتری‌های منعطف با استفاده از نور خورشید شارژ می‌شوند و از آن‌ها می‌توان در انواع پوشیدنی‌های هوشمند و ... استفاده کرد.

باتری‌های پرظرفیت مذکور با استفاده از گرافن و پلی اورتان تولید شده اند و هزینه تولید آن‌ها نیز پایین است و می‌توان امیدوار بود که در آینده در بسیاری از صنایع و حرفه‌ها جایگزین باتری‌های معمولی لیتیومی شوند. باتری‌های کاغذی لیتیومی می‌توانند انرژی خورشیدی دریافتی را برای ماه‌های متمادی در درون خود ذخیره کنند و به محض آنکه در معرض تابش نور خورشید قرار بگیرند، مجددا شارژ می‌شوند.

در جریان آزمایش‌های انجام شده در این زمینه مشخص شده که این باتری‌های گرافنی برای ۱۵ هزار بار شارژ مکرر قابل استفاده هستند؛ بدون آنکه ظرفیت ذخیره سازی خود را از دست بدهند. این در حالی است که باتری‌های لیتیومی عادی بعد از ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ بار استفاده برای شارژ به تدریج توانایی ذخیره سازی خود را از دست می‌دهند.

میزان خروجی باتری‌های گرافنی خورشیدی برابر با ۲.۵ ولت است که برای روشن کردن ۸۴ لامپ ال‌ای دی کافی است. البته این میزان انرژی برای تامین برق ساعت‌های هوشمند که به ۳.۷ تا ۳.۸ ولت باتری نیاز دارند، کافی نیست. اما انتظار می‌رود در آینده این چالش هم برطرف شود.

 باتری‌های منعطف خورشیدی با گرافن

گرافن، جادوی قرن بیست ‌و یک 

گرافن را «ماده جادویی» قرن ۲۱ می‌نامند. این ماده که گفته می‌شود محکم‌ترین ماده‌ای است که تاکنون مورد مطالعه قرار گرفته، جایگزینی برای سیلیکون است و خواص عجیب آن مانند بیشترین میزان رسانایی الکتریکی در بین مواد شناخته شده، دنیای علم و رسانه‌ها) را تکان داده است .گرافن ماده ای منحصربه فرد با پایه‌ی کربنی و دانسیته‌ی اتمی بالاست. ترکیب غیر عادی خواص آن نظیر سختی و استحکام مکانیکی بسیار بالا، رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا و قابل تنظیم، خصوصیات عالی نوری وسطحی است وازطریق عامل دار کردن شیمیایی ،موردتوجه خاص محققان قرارگرفته است و این حقیقت که شیمیدانان به سختی میتوانند جایگزینی برای گرافن پیدا کنند، سبب شده که این ماده دارای کاربردهای فراوانی در نانوالکترونیک، پیلهای خورشیدی و ابزارهای ذخیره انرژی مثل باطری‌‌‌ ‌ها و ابرخازن‌ها باشد.

 گرافن‌چیست؟

جدیدترین تعریفی که برای گرافن ارائه شده این است که: گرافن ماده‌ای تخت و تک‌لایه متشکل از اتم‌های کربن است که این اتم‌ها در یک شبکه دوبعدی و کند‌و مانند به هم متصل شده‌اند و این ساختاری است که همه مواد گرافنی در ابعاد دیگر نیز از آن تبعیت می‌کنند.این ماده دارای ضخامت یک اتم با ویژگی‌های منحصربه‌فرد است ،که به دلیل ضخامت کم این ماده را به عنوان باریک ترین ماده جهان نیز می شناسند. درواقع گرافن اصطلاحی هست که به نوارهای بسیار نازکی از تک لایه های گرافیت گفته می شود،اگر گرافیت را یک دفترچه از صفحات موازی در نظر بگیریم ،به هر ورق آن گرافن گفته می شود.

 گرافن‌چیست؟

کاربردهای شگفت انگیز گرافن، از سبک ترین ماده دنیا تا ورق هایی به قدرت فولاد!
 

گرافن، یک ماده جادویی بسیار قوی و سبک است که در سال‌های اخیر به لطف همین ویژگی‌های عجیبش، باعث نوآوری‌های زیادی در زمینه تکنولوژی شده است. این ماده جادویی از اتم‌های کربنی ساخته شده که آرایشی لایه‌ای دارند و به همین دلیل، گرافن را به عنوان ماده‌ای دو بعدی می‌شناسند. ضخامت هر یک از این لایه‌ها، یک اتم است! قدرت بالای گرافن نسبت به وزنش، یکی از فاکتورهایی است که گرافن را به یک ماده جادویی تبدیل کرده است. در ادامه چند مورد از کاربردهای شگفت انگیز گرافن را مرور می‌کنیم.

کاربرد گرافن در فیلتر آب شیرین کن

دنیای امروز ازبحران کم آبی، رنج می‌برد، از طرفی حدود سه چهارم کره زمین را آب پوشانده است؛ به همین دلیل دولت‌ها در سرتاسر دنیا در جستجوی روش کارآمدی برای تبدیل آب دریا به آب آشامیدنی هستند. یکی از بهترین فیلترهای تبدیل آب دریا به آب شیرین، لایه‌های گرافنی با ضخامت یک اتم هستند! لاکید مارتین متوجه شد که این فیلتر گرافنی می‌تواند میزان انرژی لازم برای فرآیند آب شیرین کنی را کاهش دهد. دابد پرفورن کسی بود که برای اولین بار، این فیلتر را برای تمیز کردن لکه‌های نفتی، ثبت اختراع کرد. اما شرکت تولید کننده دریافت که می‌توان این فیلتر را برای اهداف دیگر هم استفاده کرد. از آنجایی که این فیلتر، تنها یک اتم ضخامت دارد، آب نمک از طریق آن و بدون فشار اضافی، جریان می‌یابد، زیرا حفره‌های این فیلتر، تنها ۱۰۰ نانومتر قطر دارند. این حفره‌ها بسیار کوچک هستند و بنابراین به ذرات نمک، اجازه عبور نمی‌دهند. فیلترهای گرافنی، مصرف انرژی را تا ۲۰ درصد کاهش می‌دهند، با محیط زیست، سازگارترند و در مناطقی که الکتریسیته به اندازه آب، کمیاب است، مناسب‌ترند.

کاربرد گرافن در باتری های با قابلیت شارژ فوق سریع


کاربرد گرافن در باتری های با قابلیت شارژ فوق سریع

دانشمندان علاقمندند تا باتری‌های قابل شارژ امروزی را به سمت کاهش کمتر ظرفیت شارژ در طول زمان، سوق دهند. محققی به نام هان لین در دانشگاه سوینبرن استرالیا، به کمک یک ابرخازن گرافنی، یک باتری ساخت که می‌تواند بارها و بارها بدون هیچ گونه کاهش بازدهی استفاده شود. این باتری در کسری از ثانیه شارژ می‌شود. لین از یک پرینتر سه بعدی برای ساختن صفحات گرافن موردنیاز این دیوایس استفاده کرد. این باتری گرافنی می‌تواند روزی جانشین باتری‌های لیتیومی امروزی در اسمارت فون ها، تبلت ها و خودروهای الکتریکی شود. باتری‌های مبتنی بر گرافن نسبت به باتری‌های سنتی، دارای مزیت‌هایی همچون زمان شارژ سریعتر، طول عمر بیشتر و سازگاری بیشتر با محیط زیست هستند.

کاربرد گرافن در پنل های خورشید ویژه مناطق بارانی

دانشمندان از گرافن برای توسعه یک پنل جدید خورشیدی استفاده کردند که می‌تواند الکتریسیته را در باران تولید کند. در این پنل ها، یک لایه گرافن روی سلول‌های خورشیدی، قرار می‌گیرد. این لایه گرافنی با نمک‌های آب باران، واکنش داده و انرژی تولید می‌کنند! سلول‌های خورشیدی، دارای نرخ بازدهی حدود ۶.۵ هستند که رقم زیادی نیست، اما به کمک لایه گرافنی، این نرخ بسیار بیشتر می‌شود. این سلول‌های خورشیدی به ویژه در مناطقی با بارندگی زیاد، بسیار کارآمد خواهد بود.

کاربرد گرافن در باتری های در پنل خورشیدی ویژه مناطق بارانی


 

لینک کوتاه:



برچسب ها

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.