ما هي بطاريات الغرافين وما هي فوائدها ؟

على الرغم من أن الهواتف الذكية هذه الأيام تأتي ببطاريات بسعات كبيرة وتقنيات شحن جديدة إلا أن تطورها لا يزال بطيئاً مقارنة بتقنيات الهواتف الذكية الأخرى.
بالطبع من الجيد للمستخدمين أن تدوم بطارية الهاتف ليومين أو ثلاثة أو حتى أسبوع من الاستخدام من دون إعادة الشحن.
ذلك غير ممكن بالتأكيد باستخدام تكنولوجيا البطاريات الحالية المصنعة من الليثيوم لكن الحصول على بطاريةٍ مثالية لم يعد حلماً كبيراً لمدمني الهاتف الذكي مع بطاريات الغرافين.
حيث سيحل الغرافين محل الليثيوم في البطاريات الحالية التي تحاول التكنولوجيا العمل على تطويرها منذ فترةٍ طويلة.

لكن ماهي بطاريات الجرافين وكيف تعمل؟

باختصار فإن الغرافين هو عبارة عن تجميع ذرات الكربون بإحكام، في بنيةٍ سداسية تشبه أقراص العسل، مما يجعل الغرافين مادةً فريدةً من نوعها، حيث أن هذه البنية السداسية لا يتجاوز ثخنها طبقةً ذريةً واحدة شديدة الصغر.

كما أن شريحة الجرافين ثنائية الأبعاد، ولعل هذه الخاصية في الغرافين (الأبعاد الثنائية) تعمل على جعل الجرافين يتميز بخصائص عدة أهمها التوصيل الكهربائي، والحراري الممتاز، بالإضافة إلى المرونة العالية والقوة الكبيرة، والوزن الخفيف.
وبالطبع ما يهمنا بشكلٍ كبير هو قدرة الغرافين على التوصيل الكهربائي والحراري، بحيث يتفوق في هذه الخاصية على النحاس الذي يعتبر العنصر الأكثر تميزاً في هذه الخاصية في يومنا هذا.

وبشأن البطارية فإنه بإمكانك استخدامها بطرق عدة وبشكلٍ مكثف، كما تحتوي على مجموعة من المكثفات الفائقة ( Super-capacitors ) التي تقوم بتخزين التيار كما في البطاريات العادية ولكن لديها قدرةً عالية على الشحن والتفريغ بسرعةٍ كبيرة.
الحيلة المستخدمة في صناعة هذه البطاريات تتمثل في القدرة على صناعة الألواح الرقيقة جداً لوضعها في البطاريات والتقنيات الأخرى. لكن بالمقابل فإن هذه المواصفات الكثيرة التي تجتمع في بطاريةٍ واحدة لا بد من أن تقابل سعراً باهظاً وتكلفةً كبيرة للتصنيع.

أعلنت شركة سامسونج في عام 2017 عن تقدمٍ ما بشأن بطارية الغرافين ولكن لم تصرح بشيءٍ غير ذلك من ذلك الحين، إلا أن شركة تيسلا باتت مهتمة في الوقت الحالي بهذه البطاريات لاستخدامها في السيارات.

الغرافين مقابل الليثيوم

تستخدم بطاريات الغرافين صفيحتين موصولتين في مادةٍ مسامية مغمورةً في مادة الالكتروليت، تماماً كبقية بطاريات الليثيوم العادية.

ولكن على الرغم من تشابه التركيب الداخلي للبطاريتين إلا أن بطارية الغرافين توفر بعض الخصائص المميزة بحيث أن قدرة التوصيل الكهربائي في بطاريات الغرافين أعلى منها في بطاريات الليثيوم، مما يعني أن بطارية الغرافين يتم شحنها بسرعةٍ أكبر كما أن التيارات التي توفرها عالية جداً.

تعد هذه الخاصية مهمة جداً بالنسبة لبطاريات السيارات، كما تقوم هذه البطاريات بالعمل دون إنتاج الحرارة العالية، مما يطيل من عمر البطارية حتى في حال عملها في مكانٍ ضيق مثل الهاتف الذكي.

كما أنها أخف وزناً من بطاريات الليثيوم، وأقل حجماً منها أيضاً، مما يوفر للمستخدمين قدرات التشغيل الأفضل، مع مساحةٍ إضافية ووزن أقل.
بإمكان الغرافين تخزين الطاقة بمقدار 1000 واط ساعي للكيلوجرام الواحد بينما يقوم الليثيوم بتخزين 180 واط ساعي فقط لنفس الكتلة.

أما من حيث الأمان فتعد بطاريات الغرافين أكثر أماناً من بطاريات الليثيوم، على الرغم من أن بطاريات الليثيوم تتمتع بالأمان الكافي لسلامة المستخدمين، إلا أن ارتفاع درجة الحرارة أحياناً في بطاريات الليثيوم أدى إلى بعض الحوادث، وكان هذا الارتفاع في الحرارة بسبب الشحن الزائد للبطارية والذي أحدث بعض الاختلالات الكيميائية في البطارية، أما بطارية الغرافين فتبدو أكثر استقراراً وثباتاً أمام هذه الاختلالات.

كما أن بطاريات الليثيوم بدأت في استخدام الغرافين لتحسين أداء القطب السالب بسبب الخاصية الهجينة التي يحتويها الغرافين، والتي تمنحه القدرة على الشحن السريع، والوزن الخفيف، وسعة التخزين الأكبر، وبالتالي العمر الأطول للبطارية.

ماذا يعني استخدام بطارية الغرافين في الهواتف الذكية؟

إن استخدام بطاريات الغرافين في الهواتف الذكية يعني الشحن الأسرع والسماكة الأقل وأيضاً الوزن الأقل كما ذكر سابقاً، وعمراً أطول للبطارية قد يدوم يوماً أو يومين من الاستخدام المكثف، إن لم يكن أكثر من ذلك.

وتوفر بطاريات الغرافين سعة 60% أو أكثر مقارنةً ببطارية الليثيوم، كما تنتج الحرارة بشكل قليل مما يزيد من عمر الجهاز، وليست كسواها من البطاريات التي تضطرك إلى استبدالها ببطارية باهظة الثمن بعد الاستعمال لفترةٍ كبيرة، للحفاظ على أداء الهاتف كما في السابق.

علاوةً على ذلك فإن بطارية الغرافين ستوفر للهواتف الذكية حجماً أرق، سعةً أكبر للبطارية، مع إمكانية الشحن السريع من هاتف لآخر. حيث بسبب قدرتها على تخزين التيارات العالية، وأوقات الشحن والتفريغ السريعة يمكن للأجهزة شحن بعضها البعض بسرعة كبيرة.

وعلى الرغم من أن تقنية بطاريات الغرافين ستكون مكلفةً بالنسبة للأجهزة الذكية والسيارات مستقبلاً إلا أنها مثيرةٌ للاهتمام فعلاً.