اما چرا در گوشیهای هوشمند همیشه بهجای خازن از باتری استفاده میکنیم؟ در ادامه یکی از بهترین پاسخها به این سؤال توضیح داده میشود. اما تمرکز اصلی این مقاله در مورد ابرخازنها خواهد بود. احتمالا ابرخازنها در آیندهای نزدیک بهطور کلی جایگزینی برای سلولهای لیتیوم-یونی باتریها خواهند بود.
باتری در مقابل خازن: تفاوت در چیست؟
باتریهای امروزی در اشکال، ابعاد و انواع مختلفی تولید میشوند. تمامی گوشیهای هوشمند مدرن امروزی از باتریهای لیتیوم-یونی با قابلیت شارژ مجدد بهره میبرند. این نوع باتریها اساسا به دلیل میزان بالای انرژی خود شناخته میشوند. حتی باتریهای لیتیوم-یونی با ابعاد کوچک نیز میتوانند شارژ زیادی در خود نگه دارند و همین عامل سبب میشود برای استفاده در گوشیهای هوشمند و لوازم الکترونیکی قابل حمل بسیار مناسب باشند.
اما خازن برخلاف باتری با سرعت بیشتری شارژ و دشارژ میشود و همین ویژگی آن را به یکی از محبوبترین آیتمهای آزمایشگاههای فیزیک مبدل کرده است. از سوی دیگر، با توجه به ابعاد بسیار کوچک خازنها، معمولا میتوانند میزان بسیار ناچیزی انرژی الکتریکی را در خود نگه دارند. اگر روزی یک خازن برای تأمین انرژی مورد نیاز یک گوشی هوشمند آیفون طراحی شود، احتمالا برای جابجایی آن نیاز به یک ون خواهید داشت. آنچه گفته شد؛ فقط تعداد کمی از تفاوتهای فراوان بین باتری و خازن بود، اما برای اینکه بدانیم یک خازن نمیتواند جایگزین باتری یک گوشی هوشمند شود، همین ویژگیها کافی هستند.
ابرخازن چیست؟
مشخصههای ابرخازنهای کنونی باعث شده است بتوان آنها را در جایگاهی بین باتری و خازن معمولی قرار داد. ابرخازن میتواند مقدار قابل توجهی شارژ در خود نگه دارد ولی این میزان همچنان نسبت به باتری بسیار کمتر است؛ اما با این وجود میزان شارژ موجود در یک ابرخازن نسبت به یک خازن معمولی با اندازه یکسان، صدها برابر بیشتر است. همچنین ابرخازن را میتوان سریعتر از باتری لیتیومی کنونی شارژ کرد. افزون بر آنچه گفته شد، ابرخازن مقاومت بسیار خوبی در برابر دمای خیلی زیاد دارند.
ابرخازنهای کنونی را نمیتوان جایگزین باتری گوشی هوشمند کرد، اما با توجه به پیشرفتهایی که تاکنون در این زمینه حاصل شده است، میتوان گفت که روزی این موضوع به واقعیت میپیوندد. تصور کنید باتری گوشی هوشمند شما در چند ثانیه بهطور کامل شارژ شود و حتی پس از دهها سال استفاده، همچنان مثل روز اول خود کارایی دارد. جای هیچ شکی نیست که چنین ویژگی خوبی برای باتری گوشیهای هوشمند یک قابلیت بسیار عالی خواهد بود.
آیندهی ابرخازنها چیست؟
یک موضوع در این زمینه کاملا مشخص است؛ گوشیهای هوشمند پرچمدار بعدی از ابرخازن بهره نمیبرند چراکه در حال حاضر با توجه به ابعاد این قطعه نمیتوان از آن بهعنوان باتری گوشی استفاده کرد. درواقع باید گفت که ۱۰ سال یا حتی بیشتر زمان نیاز داریم تا شاهد استفاده از ابرخازن بهجای باتری گوشیهای هوشمند و سایر محصولات قابل حمل باشیم. اما تحقیق در این زمینه توسط چندین انستیتوی مختلف در حال انجام و هدف این تحقیقات کشف روشهایی برای افزایش توان نگهداری میزان شارژ در ابرخازن است. یکی از تیمهایی که برای پیشبرد این هدف هماکنون فعالیتهایی انجام میدهد، دانشگاه مرکزی فلوریدا است که بهتازگی مقالهای در مورد پیشرفتهای اصلی فرآیند تحقیق یادشده، منتشر کرده است که نتایج این تحقیق خوشبینانه به نظر میرسد. تیم محقق مورد بحث، روش جدیدی برای ساختن ابرخازنها توسعه داده است تا بتوان میزان انرژی بیشتری در این قطعات نگهداری کرد. این نتیجه به دلیل استفاده از نانو مادههایی به دست آمده که رسانایی آنها ۱۰۰ هزار برابر بیشتر از موی انسان است. محققان دانشگاه مرکزی فلوریدا از این نانومواد برای انتقال و نگهداری شارژ استفاده کردهاند. علاوه بر این، ابرخازنهای ساختهشده توسط این دانشگاه، انعطافپذیری بسیار بالایی دارند و میتوان تا ۳۰ هزار بار بدون مشکل، عملیات چرخهی شارژ را در آنها انجام داد.
نیتین چاودری که یکی از اساتید دانشگاه مرکزی فلوریدا است و در تحقیق یادشده فعالیت میکند، میگوید: «اگر این نوع خازنها جایگزین باتریهای کنونی شوند، میتوانید گوشی هوشمند خود را در چند ثانیه کاملا شارژ کنید و تا یک هفته دیگر نیازی به انجام این کار نخواهید داشت.»
مسلما دستیابی به هدف یادشده برای تیم نیتین غیرممکن نیست، اما یکسری موانع در این راه وجود دارد.
تکنولوژی ابرخازن با چه موانعی روبهرو است؟
امنیت برای تازهکارها در این زمینه یکی از مشکلات مهم است. همانطور که اشاره کردیم، خازن و ابرخازن را میتوان با سرعت زیادی شارژ و دشارژ کرد و بروز مشکل در این شرایط میتواند باعث ایجاد مشکلات اساسی شبیه به انفجار باتری گلکسی نوت ۷ شود.
اگرچه میتوان یک ابرخازن را با سرعتی بسیار بالا شارژ کرد، اما در عمل برای این کار نیاز به یک منبع تغذیهی بسیار قدرتمند خواهید داشت و در این وضعیت شارژر شما به ابعاد یک توپ فوتبال خواهد بود. البته شارژ شدن در چند دقیقه را میتوان یک سناریو معقولانهتر دانست، اما برای همین هدف هم به یک شارژر به ابعاد شارژر لپتاپ نیاز خواهید داشت.
مانع بعدی که اهمیت بالایی هم دارد، قیمت است. برای دستیابی به این هدف که روزی شاهد استفاده از ابرخازن بهجای باتری لیتیومی در گوشیهای هوشمند باشیم، قطعا تحقیقات و آزمایشهای فراوانی نیاز است. تمام این مراحل نیاز به پول، زمان و تلاش بسیار زیادی دارند. اگر هدف یادشده به واقعیت بپیوندد؛ در ابتدا قیمت ابرخازن بسیار بالا خواهد بود که همین امر باعث میشود استفاده از آنها در یک گوشی هوشمند باعث افزایش قابل توجه قیمت این محصول شود.
اما باوجود تمام چالشهایی که در مسیر توسعهی تکنولوژی مورد بحث وجود دارد، باید گفت مشخصا دستیابی به آن امکانپذیر است. تا چندین سال قبل فقط بهترین گوشیها مجهز به باتری لیتیومی، نمایشگر رنگی یا دوربین با کیفیت بودند. اما امروزه بهسختی میتوان یک گوشی بدون این قابلیتها پیدا کرد. با تمام این توضیحات؛ میتوان امیدوار بود که در آینده ابرخازن جایگزین باتری لیتیومی کنونی شود.