تحقیق دربارهی باتریهای نسل آینده برای خودروی برقی، شامل آزمایش مداوم با مواد جایگزین میشود که ممکن است دستاوردهای عملکردی درخورتوجهی را در اختیار محققان قرار دهد. به گزارش نیواطلس، پیشرفتهای جدید در این زمینه میتواند نمونهی قانعکنندهای از آنچه باتریها میتوانند به نظر برسند، ارائه دهد.
دانشمندان دانشگاه توئنته هلند سلول آزمایشی لیتیوم یونی را تولید کردهاند که دارای طراحی الکترود جدیدی با ساختار کریستالی «باز و منظم» است و به گفتهی آنها امکان شارژ باتری خودروی برقی را با سرعت ۱۰ برابر دستگاههای امروزی فراهم میکند.
باتریهای لیتیوم یونی که برق مورد نیاز خودروهای الکتریکی امروزی، تلفنهای هوشمند و دستگاههای بیشمار دیگری را تأمین میکنند، دارای دو الکترود کاتد و آند هستند و این مطالعه جدید روی آند تمرکز دارد. هماکنون این آندها از گرافیت ساخته شدهاند که از بسیاری جهات به آنها کمک میکند، اما بدون تجزیه شدن نمیتوانند خود را با نرخهای شارژ فوقالعاده سریع تطبیق دهند.
جایی که دانشمندان به دنبال آندهای جدید و بهبودیافته هستند، موادی است که دارای ساختارهای متخلخل در مقیاس نانو هستند. آندهایی با این ماهیت، نویدبخش تماس بیشتر با الکترولیت مایع را میدهند که یونهای لیتیوم را حمل میکند. درحالیکه چنین ساختاری یونها را قادر میسازد تا راحتتر در مواد الکترود جامد پخش شوند و در نهایت دستگاهی را میسازند که بسیار بسیار سریعتر شارژ میشود.
اما تاکنون کاستیهایی هم در مواد پیشنهادی وجود دارد. ماهیت نامرتب و تصادفی کانالها در نانوساختار متخلخل میتواند باعث فروپاشی آن ساختارها در حین شارژ شود؛ درحالیکه چگالی و ظرفیت باتری را کاهش میدهد و میتواند باعث تجمع لیتیوم در سطح آند و کاهش عملکرد آن در هر چرخه شود. علاوه بر این، ساخت آنها پیچیده و شامل مواد شیمیایی خورنده است و ضایعات شیمیایی درخورتوجهی تولید میکند.
دانشمندان دانشگاه توئنته بر این باورند که جایگزین مناسبی در مادهای به نام نیکل نیوبات یافتهاند. برخلاف ماهیت نامنظم محلولهای قبلی، نیکل نیوبات دارای ساختار کریستالی «باز و منظم» با کانالهای تکراری و یکسان برای انتقال یون است.
محققان این آند نیکل نیوبات را در یک سلول باتری کامل ادغام کردند و عملکرد آن را آزمایش کردند و دریافتند که نرخ شارژ فوقالعاده سریع معادل ۱۰ برابر سریعتر از باتریهای لیتیوم یون امروزی ارائه میدهد. آنها همچنین خاطرنشان کردند که نیکل نیوبات فشردهتر از گرافیت است و بنابراین چگالی انرژی حجمی بالاتری دارد که میتواند با نسخههای تجاری سلول که سبکتر و فشردهتر هستند، برابری کند.
دانشمندان همچنین گزارش دادند که ماده آند جدید، ظرفیت بالایی (حدود ۲۴۴ میلیآمپر ساعت بر گرم) دارد. از آنجایی که تغییر حجم نیکل نیوبات در حین کار بسیار کم است، ۸۱ درصد از ظرفیت آن در ۲۰،۰۰۰ چرخه حفظ شد. همهی اینها بدون آسیب به مواد آند انجام میشود؛ درحالیکه گفته میشود فرایند تولید نیکل نیوبات بسیار سادهتر از سایر مواد نانوساختار است و نیازی به محیط آزمایشگاهی برای تولید شدن ندارد.
به گفتهی محققان، این نتایج پتانسیل ذخیره انرژی آندهای نیکل نیوبات را در دستگاههای باتری عملی نشان میدهد. آنها پیشبینی میکنند که آندهای نیکل نیوبات پتانسیل زیادی در کاربردهای شبکه برای نیرو دادن به خودروی برقی دارای نیاز به شارژ سریع دارند یا در حمل و نقل خودروهای الکتریکی سنگین میتوانند به کار روند.
با این حال، محققان میگویند که برای کاربردی شدن و استفاده از این فناوری در وسایل نقلیه برقی استاندارد، تحقیقات و حل مشکلات بیشتری مورد نیاز است. این تحقیق در مجله Advanced Energy Materials منتشر شد.
