واحد خبر mobile.ir : گوشی‌های هوشمند روزبه‌روز پیشرفته‌تر می‌شوند. ارائه فناوری‌های جدید در زمینه صفحه‌نمایش، دوربین و بدنه، در کنار به کارگیری هوش مصنوعی در اسمارت‌فون‌ها و مواردی از این دست را می‌توان از جمله این پیشرفت‌ها به شمار آورد. البته در این میان، باتری گوشی‌های هوشمند از جمله حوزه‌هایی است که کمتر مجال نوآوری در آن وجود داشته است. با وجود تحقیقات گروه‌های پژوهشی دانشگاهی و شرکت‌های فعال در این عرصه، هنوز آن چنان که باید و شاید پیشرفت چشمگیری را در این زمینه شاهد نبوده‌ایم. هر چند فعالیت‌هایی همچون طراحی باتری‌هایی که در آنها به جای لیتیوم از نانوسیم‌های طلا استفاده شده بود یا توسعه باتری‌های لیتیوم-یونی که در آنها از محلول آب و نمک به عنوان الکترولیت استفاده می‌شود، تلاش‌های امیدوارکننده‌ای به نظر می‌رسند.

در همین راستا، کمپانی سامسونگ در روز سه‌شنبه 28 نوامبر سال جاری میلادی (7 آذر 1396) در وب‌سایت خود به طور رسمی از تولید ماده جدیدی برای به‌کارگیری در باتری‌ دستگاه های هوشمند خبر داده است که سبب می‌شود باتری‌ سریع‌تر شارژ شود و در عین حال پایداری دمای خود را حفظ کند.

ظاهرا محققان مرکز پژوهشی Samsung Advanced Institute of Technology (یا به اختصار SAIT) موفق به تولید توپ گرافینی شده‌اند که ماده‌ای منحصر به ‌فرد برای تولید باتری در ابزارهای هوشمند محسوب می‌شود. این ماده در عین آنکه ظرفیت باتری را تا 45 درصد افزایش می‌دهد، می‌تواند تا 5 برابر سریع‌تر از باتری‌های‌ استاندارد لیتیوم-یونی فعلی (که عمدتا در دستگاه‌های موبایل و وسایل نقلیه الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند) شارژ شود.‌ به این ترتیب، شاید بتوان در مدت زمانی کمتر از 30 دقیقه باتری را به طور کامل شارژ نمود.

باتری‌های لیتیومی امروزی در دهه نود میلادی توسط کمپانی سونی عرضه تجاری شدند و به طور گسترده در بسیاری از دستگاه‌های موبایل مورد استفاده قرار گرفتند. باتری‌های لیتیوم-یونیِ استاندارد برای شارژ کامل، حتی در صورت استفاده از فناوری‌های شارژ سریع مانند Qualcomm Quick Charge، دست کم به یک ساعت زمان نیاز دارند. اگر چه شرکت‌هایی مانند میزو مدعی توسعه فناوری جدیدی هستند که به کمک آن ظرف مدت 20 دقیقه می‌توان گوشی را شارژ نمود؛ اما این دست فناوری‌ها هنوز تجاری نشده‌اند و نمی‌توان با اطمینان از آن‌ها سخن گفت.

پژوهش اخیر سامسونگ حاصل همکاری محققان SAIT با همکاری Samsung SDI (شرکت وابسته به سامسونگ که در زمینه تولید باتری محصولات هوشمند فعال است) و همچنین پژوهشگرانی از دانشکده مهندسی زیست‌شناسی و شیمی دانشگاه ملی سئول بوده است. نتیجه این تحقیق به طور کامل در شماره اخیر مجله علمی Nature Communications در مقاله‌ای با عنوان «توپ‌های گرافینی برای باتری‌های لیتیومی با قابلیت شارژ مجدد با شارژ سریع و چگالی انرژی حجمی بالا» منتشر شده است.

به لحاظ نظری، توپ گرافینی برای شارژ کامل نیاز به 12 دقیقه زمان دارد و می‌تواند حتی در دمای 60 درجه سانتی‌گراد نیز پایداری بالایی داشته باشد. حال پژوهشگران SAIT به دنبال روشی هستند تا گرافین را در باتری دستگاه‌های هوشمند به کار گیرند و روشی را کشف کرده‌اند تا با استفاده از سیلیکای مقرون به صرفه (SiO2)، گرافین را به طور انبوه در شکلی سه‌بعدی (مشابه پاپ‌کورن) ترکیب نمایند. این توپ گرافینی برای لایه حفاظتی آند و مواد کاتد در باتری‌های لیتیوم-یونی به کار گرفته شده است که افزایش ظرفیت و کاهش زمان شارژ را در کنار دمای پایدار تضمین می‌کند.

البته سامسونگ حدود دو سال پیش نیز از پژوهش‌های خود در زمینه افزودن پوشش گرافینی روی سطح سیلیکون برای افزایش ظرفیت باتری‌های لیتیومی خبر داده بود.

گرافین لایه نازکی از جنس کربن با ساختاری صفحه‌ای شکل به ضخامت یک اتم است و به دلیل پایداری شیمیایی و فیزیکی در صنعت تولید صفحه‌نمایش و باتری بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این ماده ظاهرا بهترین رسانای الکتریسیته است، تا جایی که قدرت رسانش آن در مقایسه با فلز مس 100 برابر بیشتر است. به علاوه، تحرک قابل توجه الکترون در آن 140 برابر بیش از سیلیکون است که آن را ماده‌ای مطلوب برای شارژ سریع می‌سازد. در سال‌های اخیر تحقیقات زیادی در مورد گرافین و کاربرد آن صورت گرفته است. طراحی اسمارت‌فون‌های مفهومی با قابلیت خم شدن توسط نوکیا و حافظه‌های انعطاف‌پذیر نمونه‌هایی از کاربرد این ماده جالب توجه هستند.

دکتر سون این-هیوک (Son In-hyuk) که راهبری این پروژه را به نمایندگی از SAIT بر عهده دارد در این زمینه می‌گوید: «پژوهش ما ترکیب انبوه ماده مرکب چند کاربردی گرافین را با قیمتی مقرون به صرفه امکان‌پذیر می‌سازد. در عین حال، توانسته‌ایم به طور قابل ملاحظه‌ای توانائی‌های باتری‌های لیتیوم-یونی را در شرایطی بهبود بخشیم که بازار دستگاه‌های موبایل و وسایل نقلیه الکترونیکی به سرعت در حال رشد است. تعهد ما معطوف به بررسی مستمر و توسعه فناوری باتری ثانویه با توجه به این روندها است.‌»

تا کنون تلاش‌های زیادی برای افزایش ظرفیت و سرعت شارژ باتری انجام شده است و در این میان به نظر می‌رسد گرافین می‌تواند به ماده اصلی برای باتری‌های نسل بعدی تبدیل گردد. تحقق توسعه این باتری‌ها منجر به تولید اسمارت‌فون‌هایی باریک‌تر خواهد شد که با یک بار شارژ مدت زمان بیشتری قابل استفاده هستند. به نظر می‌رسد سامسونگ برای تولید این باتری عزمی جدی دارد؛ چرا که موسسه SAIT دو درخواست پتنت را در زمینه فناوری توپ گرافینی در ایالات متحده آمریکا و کره به ثبت رسانده است. با این حال هنوز نمی‌توان به تجاری‌سازی سریع این فناوری و ارائه اسمارت‌فون گلکسی اس9 سامسونگ با این فناوری تازه امیدوار بود؛ زیرا مسیر تبدیل فناوری‌های جدید به روندهای جاری صنعتی، گاهی سال‌ها به طول می‌انجامد.