کاربرد گرافن در تولید برق - ایران گرافن

در این بخش به کاربرد گرافن در تولید برق خواهیم پرداخت:

زاویه جادویی گرافن

گرافن به دلیل امکاناتی که در عمل در تمام بخش های صنعتی دارد، یکی از موادی است که امروزه بسیار مورد تحقیق قرار گرفته است کاربرد گرافن در تولید برق است. زیرا ماده ای با هدایت الکتریکی و حرارتی بالا و همچنین ضد باکتری و مقاوم در برابر اکسیداسیون است. تحقیقات Jarillo از آنچه بسیاری از دانشمندان آن را زاویه جادویی گرافن می نامند(MAG: Magic angle graphene)  می گذرد.

تکنیک زاویه جادویی مبتنی بر قرار دادن یک ورق گرافن بر روی دیگری است. چیزی که Jarillo کشف کرده است این است که اگر یکی از صفحات روی دیگری با زاویه 1.1 درجه بچرخد، گرافن رسانایی خود را به طور تصاعدی افزایش می دهد. اگر چند ورق به جای دو ورق روی هم چیده شوند، رسانایی به صورت تصاعدی افزایش می یابد.

همه این ها به چه معناست؟ به این معنی است که گرافن در تولید برق ماده ه ای شگفت انگیز است. در واقع، می تواند بسیار کارآمدتر و پایدارتر انجام دهد. Jarillo و تیمش با تحقیقات خود که در مجله Nature منتشر شده است، پاسخی به یکی از سؤالاتی که در دهه های اخیر بسیاری از دانشمندان را درگیر کرده است، ارائه می دهند: چگونه ابررسانایی در دمای بالا تولید می شود، چیزی که نشان دهنده یک انقلاب واقعی انرژی است.

جوآنا فرونتلا، رئیس مرکز تحقیقات Cepsa می گوید: از زمانی که گرافن در سال 2004 جدا شد و کاشفان آن جایزه نوبل فیزیک را در سال 2010 دریافت کردند، ثابت کرده است که ماده ای با امکانات بی نهایت است. تحقیقات، هرروز یک کاربرد خارق العاده آن را نشان می دهد:

گرافن در تولید برق پایدار

انتقال انرژی نیازمند تلاش تحقیقاتی برای توسعه فناوری های جدید است. نتیجه بسیاری از این تحقیقات کاربرد گرافن در تولید برق را تایید می کند.

امروزه گرافن در بخش های بی شماری برای ساخت وسایل الکترونیکی، صفحه نمایش های لمسی، سلول های خورشیدی فتوولتائیک و ذخیره انرژی استفاده می شود. اگر تحقیقات Jarillo ادامه یابد، می‌توان انتظار داشت که این ماده حتی ارزشمندتر شود و کاربردهای آن در همه صنایع بخصوص کاربرد گرافن در تولید برق بیشتر شود.

فرونتلا می افزاید: “این تحقیق یک بار دیگر نشان می دهد که انتقال انرژی نیازمند تحقیق برای توسعه فناوری های جدید است. گرافن در تولید برق ممکن است در آستانه یک انقلاب انرژی باشد. اگرچه هنوز زمان برای اجرای آن وجود دارد، اما نتایج بسیار امیدوار کننده است.”

مبارزه Jarillo بر سر زبان ها نمی افتد. این بخشی از یک روند رو به رشد جست‌وجوی انرژی پایدار است. جامعه به طور فزاینده ای از نیاز به سرمایه گذاری در منابع جدید تولید برق آگاه است، بنابراین انرژی های تجدیدپذیر، هیدروژن و سوخت های زیستی برخی از نمونه هایی هستند که به عنوان یک نقشه راه عمل می کنند. Jarillo در حال افزودن یک عنصر دیگر، گرافن، به معادله ای است که همه ما در آن مشارکت داریم و در نهایت یک هدف اساسی دارد: انقلابی در بخش انرژی و ترویج گذار به یک مدل جدید و پایدارتر.

روش های تولید برق از گرافن

گرافن دارای چندین ویژگی منحصر به فرد است که آن را به یک ماده ایده آل برای دستگاه های تولید برق تبدیل می کند. اولا، دارای رسانایی الکتریکی بالاو رسانایی حرارتی بالا است، به این معنی که می تواند گرما را بدون از دست دادن انرژی به عنوان گرما به طور موثر به الکتریسته تبدیل کند.

ثانیا دارای سطح بزرگ و استحکام مکانیکی بالایی است که به راحتی می توان آن را طرح ریزی کرد و در دستگاه ها ادغام کرد. در نهایت سبک وزن، انعطاف پذیر و شفاف است که آن را برای طیف وسیعی از کاربردها مناسب می کند. این ویژگی ها باعث می شوندکه دستگاه های تولید برق مبتنی بر گرافن کارآمدتر و همه کاره تر از مواد سنتی باشند، که منجر به افزایش علاقه به توسعه و استفاده از آن ها می شود.

چندین روش وجود دارد که از طریق آن ها میتوان از گرافن در تولید برق و نیروی الکتریکی استفاده کرد.

1. سلول های خورشیدی مبتنی بر گرافن

رسانایی الکتریکی عالی و شفافیت گرافن آن را برای استفاده در سلول های خورشیدی مناسب می کند. می توان از آن به عنوان یک الکترود شفاف یا به عنوان یک جزء در سلول های خورشدی پروسکایت استفاده کرد و با بهبود انتقال بار، کارایی آن ها را افزایش داد.

• دستگاه های ترمودینامیک

دستگاه های ترموالکتریک با استفاده از اختلاف دما بین دو سطح، گرما را به الکتریسته تبدیل می کنند. رسانایی حرارتی بالای گرافن همراه با توانایی آن در هدایت الکتریسته، آن را به ماده ای امیدوار کننده برای کاربردهای ترموالکتریک تبدیل می کند.

دستگاه های ترموالکتریک مبتنی بر گرافن پتانسیل کارآمدتر و انعطاف پذیری بیشتری نسبت به مواد ترموالکتریک سنتی دارند و آن ها را برای کاربردهایی مانند بازیابی حرارت هدر رفته و برداشت انرژی مفید می کند.

• نانو ژنراتورهای مبتنی بر گرافن

نانوژنراتورها از ارتعاشات مکانیکی یا محیطی برای تولید الکتریسته در سطح نانو استفاده می کنند. با گنجاندن گرافن در دستگاه ها، خواص الکتریکی استثنایی آن می تواند کارایی تولید برق را افزایش دهد و از گرافن در تولید برق بهره می برد.

• پیل های سوختی مبتنی بر گرافن

از کاربرد های جالب گرافن در تولید برق می توان به کاربرد آن در پیل های سوختی اشاره کرد. پیل های سوختی از طریق واکنش های شیمیایی بین سوخت و یک اکسیدان، الکتریسیته تولید می کنند. گرافن می تواند به عنوان یک ماده پشتیبانی کننده کاتالیزور در سلول های سوختی استفاده شود و کارایی و دوام آن ها را بهبود بخشد.

این تنها چند نمونه از نحوه استفاده از گرافن در تولید برق در کاربردهای مختلف است. با ادامه تحقیقات، احتمالا راه های نوآورانه تری برای استفاده از ویژگی های منحصر به فرد گرافن برای تولید برق پدیدار خواهد شد.

گروه ایران گرافن با تولید این ماده ارزشمند با کیفیت بالا و قیمت مناسب سعی در تسریع استفاده از گرافن در صنایع مختلف کشور را دارد تا بتواند سهمی در ارتقا صنعت و بهبود محصولات داخلی ایفا کند.

منبع :

https://www.cepsa.com/en/planet-energy/green-energy/graphene-will-change-the-way-we-produce-energy

https://www.sciencealert.com/physicists-build-a-circuit-from-graphene-that-generates-clean-limitless-power