Datblygwyd casglwr cerrynt graffîn y gellir ei roi ar waith ar raddfa sy'n cynnwys dargludedd thermol a thrydanol uchel i fynd i'r afael â'r problemau thermol hollbwysig mewn batris lithiwm-ïon.
Mae ymchwilwyr ym Mhrifysgol Abertawe, mewn cydweithrediad â Phrifysgol Technoleg Wuhan, Prifysgol Shenzhen, wedi datblygu techneg arloesol ar gyfer cynhyrchu casglwyr cerrynt graffîn ar raddfa fawr.
Mae'r datblygiad hwn yn addo gwella diogelwch a pherfformiad batris lithiwm-ïon (LIBs) yn sylweddol, gan fynd i'r afael â her bwysig mewn technoleg storio ynni.
Mae'r astudiaeth, a gyhoeddwyd yn Nature Chemical Engineering, yn manylu ar y protocol llwyddiannus cyntaf ar gyfer cynhyrchu ffoiliau graffîn di-nam ar raddfa fasnachol. Mae'r ffoiliau hyn yn cynnig dargludedd thermol eithriadol - hyd at 1,400.8 W m–1 K–1 - bron deg gwaith yn uwch na chasglwyr cerrynt copr ac alwminiwm traddodiadol a ddefnyddir mewn LIBs.
"Dyma gam sylweddol ymlaen i dechnoleg batris," meddai Dr Rui Tan, y cyd-brif awdur o Brifysgol Abertawe. "Mae ein dull yn galluogi cynhyrchu casglwyr cerrynt graffîn ar raddfa ac ansawdd y gellir eu hintegreiddio'n hawdd i waith gweithgynhyrchu batris masnachol. Mae hyn yn gwella diogelwch batris drwy reoli gwres yn effeithlon ac yn gwella dwysedd a hirhoedledd ynni."
Un o'r pryderon mwyaf dybryd yn natblygiad LIBs ynni uchel, yn enwedig y rhai a ddefnyddir mewn cerbydau trydan, yw 'thermal runaway' - senario peryglus lle mae gwres gormodol yn arwain at fethiant batri, gan arwain yn aml at danau neu ffrwydradau. Mae'r casglwyr cerrynt graffîn hyn wedi'u dylunio i liniaru'r risg hon drwy wasgaru gwres yn effeithlon ac atal yr adweithiau ecsothermig sy'n arwain at 'thermal runaway'.
"Mae ein strwythur graffin dwys, wedi'i alinio yn darparu rhwystr cadarn rhag creu nwyon fflamadwy ac yn atal ocsigen rhag treiddio i gelloedd y batri, sy'n hanfodol ar gyfer osgoi methiannau trychinebus," esboniodd Dr Jinlong Yang, y cyd-brif awdur o Brifysgol Shenzhen.
Mae'r broses sydd newydd ei datblygu'n llwyddiant yn y labordy ac hefyd yn ddatrysiad y gellir ei roi ar waith ar raddfa, sy'n gallu cynhyrchu ffoiliau graffîn mewn darnau sy'n amrywio o fetrau i gilometrau o ran eu hyd. Mewn arddangosiad arwyddocaol o'i botensial, cynhyrchodd yr ymchwilwyr ffoil graffîn 200 metr o hyd â thrwch o 17 micrometr. Cynhaliodd y ffoil hwn ddargludedd trydanol uchel hyd yn oed ar ôl cael ei blygu dros 100,000 o weithiau, gan ei wneud yn ddelfrydol i'w ddefnyddio mewn electroneg hyblyg a chymwysiadau uwch eraill.
Mae'r dull newydd hwn hefyd yn galluogi cynhyrchu ffoiliau graffîn â thrwch addasadwy, a allai arwain at batris sydd hyd yn oed yn fwy effeithlon a mwy diogel.
Gallai'r arloesedd hwn fod â goblygiadau pellgyrhaeddol ar gyfer dyfodol storio ynni, yn enwedig mewn cerbydau trydan a systemau ynni adnewyddadwy, lle mae diogelwch ac effeithlonrwydd yn hollbwysig. Mae'r tîm ymchwil gydweithredol rhyngwladol hwn, dan arweiniad yr Athro Liqiang Mai a'r Athro Daping He o Brifysgol Technoleg Wuhan, Dr Jinlong Yang o Brifysgol Shenzhen a Dr Rui Tan o Brifysgol Abertawe, yn parhau i fireinio'u proses, gan ymdrechu'n barhaus i leihau trwch y ffoiliau graffîn a gwella eu priodweddau mecanyddol ymhellach. Maent hefyd yn archwilio'r deunydd newydd hwn y tu hwnt i fatris Li-ïon, megis batris llif redox a batris sodiwm-ïon â chymorth grŵp yr Athro Serena Margodonna ym Mhrifysgol Abertawe.