الکترودهای گرافیتی به طور گسترده در بخش انرژی جدید ، به ویژه در فن آوری های کلیدی مانند باتری های لیتیوم ، سلولهای سوختی ، ابررسانا و سلولهای خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرند. با توجه به هدایت الکتریکی عالی آنها ، ثبات شیمیایی ، سطح خاص سطح بالا و خصوصیات فیزیکوشیمیایی قابل تنظیم ، الکترودهای گرافیتی به مواد بحرانی ضروری تبدیل شده اند. در زیر مقدمه مفصلی برای برنامه ها و اهمیت الکترودهای گرافیتی در زمینه انرژی جدید آورده شده است.
1 ، برنامه های کاربردی در باتری های لیتیوم
باتری های لیتیوم یکی از فناوری های اصلی در بخش انرژی جدید است که به طور گسترده در وسایل نقلیه برقی ، دستگاه های الکترونیکی قابل حمل و سیستم های ذخیره انرژی مورد استفاده قرار می گیرد. در باتری های لیتیوم ، الکترودهای گرافیتی در درجه اول به عنوان مواد آند عمل می کنند و به طور مستقیم بر چگالی انرژی باتری ، عمر چرخه و ایمنی تأثیر می گذارند.
1.1 مزایای مواد آند گرافیت
گرافیت مزایای زیر را به عنوان ماده آند باتری لیتیوم ارائه می دهد:
هدایت الکتریکی بالا: ساختار لایه بندی شده گرافیت ، حمل و نقل الکترون کارآمد را بهبود می بخشد و باعث افزایش بازده بار/تخلیه می شود.
ثبات شیمیایی: گرافیت از عدم تحرک شیمیایی عالی در الکترولیت ها ، به حداقل رساندن واکنش های جانبی و افزایش عمر باتری برخوردار است.
ظرفیت خاص: با ظرفیت خاص نظری 372 میلی آمپر ساعت در گرم ، گرافیت در بین بالاترین مواد آند باتری لیتیوم تجاری قرار دارد.
کم هزینه: منابع فراوان و فن آوری های پردازش بالغ ، گرافیت را برای تولید انبوه مقرون به صرفه می کند.
1.2 پیشرفت در الکترودهای گرافیتی برای باتری های لیتیوم
علیرغم مزایای آن ، آند گرافیت مستعد تشکیل لیتیوم دندریت در هنگام شارژ سریع/تخلیه ، خطرات ایمنی است. محققان الکترودهای گرافیتی را از طریق:
تغییر سطح: پوشش یا دوپینگ برای بهبود عملکرد الکتروشیمیایی و سازگاری الکترولیت.
بهینه سازی ساختاری: گرافیت متخلخل یا مواد کامپوزیت برای افزایش انتشار لیتیوم یون و قابلیت سرعت.
آنودهای کامپوزیت: ترکیب گرافیت با سیلیکون یا قلع برای افزایش بیشتر چگالی انرژی.
2 ، برنامه های کاربردی در سلول های سوخت
سلولهای سوخت به طور مستقیم انرژی شیمیایی را با راندمان بالا و پاکیزگی به برق تبدیل می کنند. الکترودهای گرافیتی عمدتاً به عنوان صفحات دو قطبی مورد استفاده قرار می گیرند و نقش مهمی در راندمان سلول و طول عمر دارند.
2.1 مزایای صفحات دو قطبی گرافیتی
قابلیت هدایت زیاد: توزیع جریان پایدار را تضمین می کند.
مقاومت در برابر خوردگی: در محیط های اسیدی/قلیایی عملکرد خوبی دارد.
سبک وزن: چگالی کم وزن سیستم را کاهش می دهد.
2.2 پیشرفت برای سلولهای سوختی
روکش سطحی: لایه های فلزی/سرامیکی برای تقویت هدایت و مقاومت در برابر خوردگی.
مواد کامپوزیت: گرافیت تقویت شده با پلیمر یا فلزی برای خصوصیات مکانیکی بهتر.
3 ، برنامه های کاربردی در ابرقدرت ها
ابررسانا دستگاههای ذخیره انرژی با چگالی با قدرت بالا در سیستم های EVS ، ترانزیت ریلی و سیستم های انرژی تجدید پذیر مورد استفاده قرار می گیرند. الکترودهای گرافیت به دلیل سطح بالای سطح و هدایت آنها به طور قابل توجهی چگالی انرژی/برق را افزایش می دهد.
3.1 مزایا
سطح بزرگ: ساختار متخلخل سایت های فعال فراوانی را برای ذخیره شارژ فراهم می کند.
شارژ سریع/تخلیه: انتقال الکترون کارآمد تبادل انرژی سریع را امکان پذیر می کند.
زندگی چرخه طولانی: پایداری عالی عمر خدمات را طولانی می کند.
3.2 نوآوری
ادغام گرافن: از سطح سطح فوق العاده و هدایت آن استفاده می کند.
دوپینگ هترواتوم: دوپینگ نیتروژن/بور برای بهینه سازی عملکرد الکتروشیمیایی.
4 ، برنامه های کاربردی در سلول های خورشیدی
الکترودهای گرافیتی در سلولهای خورشیدی Perovskite و حساس به رنگ برای آنها بسیار مهم هستند:
4.1 مزایا
قابلیت هدایت: جمع آوری/حمل و نقل بار کارآمد.
مقرون به صرفه: مقرون به صرفه برای تولید در مقیاس بزرگ.
4.2 پیشرفت
ادغام گرافن: شفافیت و هدایت را بهبود می بخشد.
الکترودهای کامپوزیت: افزایش جذب نور و حمل و نقل بار.
سایر برنامه های جدید انرژی
ذخیره سازی هیدروژن: مواد گرافیتی به طور کارآمد جذب هیدروژن/هیدروژن را ذخیره کنید.
نیروی باد: در اجزای الکترونیکی توربین های بادی استفاده می شود.
پایان
الکترودهای گرافیت در باتری های لیتیوم ، سلولهای سوخت ، ابررسانا و سلولهای خورشیدی غیر قابل تعویض هستند. تحقیقات آینده بر بهینه سازی عملکرد و توسعه مواد جدید از طریق اصلاح سطح ، مهندسی سازه و کامپوزیت ها متمرکز خواهد شد. این پیشرفت ها کاربردهای ایمن تر ، کارآمدتر و اقتصادی را پشتیبانی می کند و از انتقال جهانی انرژی و توسعه پایدار پشتیبانی می کند.