پنج شنبه , ۲۷ مهر ۱۳۹۶

پدرخوانده باتری های لیتیوم یونی می گوید به موفقیتی جدید در صنعت باتری سازی دست یافته است

John Goodenough

پروفسور جان گودیناف John Goodenough که به ساخت باتری های لیتیوم یونی مشهور است و با ۹۴ سال سن استاد دانشگاه تگزاس است در حال رهبری پروژه جدیدی در رابطه با تکنولوژی باتری های تماما جامد All-Solid-State Technology است.

این باتری جدید که توسط تیمی از مهندسان در شهر اوستین Austin تگزاس ساخته می شوند قرار است تراکم انرژی معادل حداقل سه برابر باتری های لیتیوم یونی کنونی را داشته باشند.

آخرین دستاورد گودیناف که توسط محقق ارشد دانشکده Cockrell تگزاس خانم Maria Helena Braga تکمیل شده باتری ارزان قیمت تماما جامدی است که غیر قابل اشتعال بوده و دارای عمر زیاد Long Cycle Life و با تراکم حجمی بالای انرژی و سرعت شارژ بالاست. مهندسین سازنده این باتری، فن آوری جدیدشان را طی یادداشتی در مجله Energy & Environmental Science تشریح کرده اند.

به غیر از موارد فوق مزایای دیگری هم در این باتری نهفته است که هر کسی را به تعجب وا می دارد چگونه ممکن است چنین پیشرفتی در زمانی به این کوتاهی در صنعت باتری رخ دهد :

  • قیمت پایین
  • امن تر، غیرقابل اشتعال
  • سرعت شارژ بالاتر
  • عمر بیشتر (بالغ بر ۱،۲۰۰ سایکل با مقاومت سلولی پایین)
  • می تواند به خوبی در دمای منفی صفر درجه کار کند؛ اولین سلول باتری جامدی که میتواند در دمای زیر ۶۰ درجه سلسیوس کار کند.
  • سلول ها را می توان از مواد دوستدار محیط زیست درست کرد.

دانشگاه تگزاس شهر اوستین در رابطه با این کشف بیانیه ای داده است :

“قیمت، امنیت، تراکم انرژی، سرعت شارژ و عمر باتری در گسترش تملک خودروهای باتری برقی نقش بسزایی دارند. ما معتقدیم کشف جدیدمان بسیاری از مشکلات ذاتی و طبیعی باتری های کنونی را حل خواهد کرد”.

محققین نشان داده اند که این باتری های جدید حد اقل سه برابر تراکم انرژی بیشتری نسبت به باتری های لیتیوم یونی فعلی دارند. تراکم انرژی سلول های باتری باعث افزایش برد خودروی برقی می شود؛ بنابراین هرچه این تراکم انرژی بیشتر باشد خودرو نیز مسافت بیشتری را می تواند در هر بار شارژ طی کند. فرمول باتری های ساخته شده همچنین به آن ها اجازه می دهد به دفعات و سایکل های بیشتری شارژ شوند و این بدین معناست که این باتری ها عمر طولانی تر خواهند داشت.

باتری های لیتیوم یونی فعلی از الکترولیت های مایع برای انتقال یون های لیتیوم بین آنود (قطب منفی باتری) و کاتود (قطب مثبت باتری) استفاده می کنند. اگر یک سلول باتری سریع شارژ شود به دلیل ایجاد دندریت Dendrites یا ریش ریش شدن فلز Metal Whiskers برای تشکیل و عبور از مایع الکترولیت ها، باعث ایجاد یک مدار کوتاه می شود و این امر می تواند منجر به انفجار و آتشسوزی شود. برای جلوگیری از این اتفاق، محققان به جای استفاده از الکترولیت های مایع به الکترولیت های شیشه ای رو آورده اند که امکان استفاده از یک آنود فلزی قلیلیایی را بدون تشکیل شاخه های متعدد سلولی می دهد.

استفاده از یک آنود فلزی قلیایی (لیتیوم، سدیم یا پتاسیم) که به کار بردنشان در باتری های معمولی ممکن نیست، تراکم انرژی کاتود را افزایش داده و در نهایت منجر به افزایش عمر باتری و سایکل های شارژ آن می شود. در آزمایشات صورت گرفته محققان نشان دادند که سلول های با مقاومت پایین Low Resistance ، می توانند بیشتر از ۱۲۰۰ سایکل شارژ شوند.

همچنین از آنجا که الکترولیت های جامد شیشه ای در دمای ۲۰ درجه سلسیوس دارای قابلیت رسانایی بالایی هستند، این نوع باتری ها در خودروهای برقی و در جاهایی که دارای دمای زیر صفر هستند به خوبی می توانند کار کنند ( باتری خودروهای برقی در مناطقی که سرد هستند کارایی پایینی دارند و اصطلاحا زودتر حالی می شوند). این اولین سلول باتری تماما جامدی است که می تواند در دمای زیر ۶۰ درجه سلسیوس کار کند.

خانم براگا Braga فرایند ساخت الکترولیت های شیشه ای را با همکارانش در دانشگاه پورتو University of Porto در کشور پرتغال شروع کرد. او از دو سال پیش همکاری اش را با Goodenough و محقق دانشگاه تگزاس Andrew J. Murchison آغاز کرده است.

الکترولیت های شیشه ای به مهندسین این اجازه را می دهد که بدون شاخه شاخه شدن سلول ها Dendrites هر دو سمت آنود و کاتود را با فلزهای قلیایی روکش کنند و این امر موجب ساده شدن ساختار سلول باتری ها می شود.

مزیت دیگر آن ها این است که سلول این باتری را می توان از موادی درست کرد که دوستدار محیط زیست اند.

براگا گفته : ” الکترولیت های شیشه ای قابلیت جایگزینی لیتیوم را با سدیم ارزان قیمت دارند. سدیم از آب دریا گرفته می شود که به طرز وسیعی قابل دسترس است “.

گودیناف و براگا همچنان در حال تکمیل تحقیقاتشان در رابطه با باتری جدیدشان هستند و چندین اختراع جدید را به ثبت رسانده و پتنت Patent آن ها را دریافت کرده اند. آن ها امیدوارند در آینده نزدیک بتوانند با باتری سازان مختلف کار کنند و اختراعاتشان را در خودروهای برقی و دستگاه های ذخیره انرژی آزمایش کنند.

 

 

جوابی بنویسید

ایمیل شما نشر نخواهد شدخانه های ضروری نشانه گذاری شده است. *

*