به گزارش مانیبان، باتری های لیتیوم یونی مانند یکی یکی از عناصر اساسی وسایل نقلیه الکتریکی (EV) و ذخیره انرژی، آنها نقشی حیاتی در انتقال جهانی به انرژی پاک دارند. در حالی که خودروهای الکتریکی محبوب تر می شوند، عمر باتری و عملکرد آن همچنان باقی مانده است یکی یکی از چالش های اساسی این فناوری است. پیشرفت های اخیر در تحقیقات دانشگاه دالهوسی در کانادا افق های جدیدی را برای افزایش عمر باتری باز کرده است.
باتری های لیتیوم یون، قلب وسایل نقلیه الکتریکی (EV) و ذخیره انرژی های تجدید پذیر، مانند یکی امروزه به عنوان پیشرفته ترین فناوری ها شناخته می شوند. با گسترش سریع استفاده از وسایل نقلیه الکتریکی و تلاش جهانی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای، نیاز به باتری هایی که عمر طولانی تری داشته باشند و هزینه های کلی را کاهش دهند بیش از هر زمان دیگری احساس می شود. از این نظر، تحقیقات اخیر دانشگاه دالهوسی در کانادا افق های جدیدی را برای بهبود عملکرد و دوام باتری ها باز کرده است.
در این تحقیق که توسط تسلا کانادا و شورای تحقیقات علوم طبیعی و مهندسی (NSERC) حمایت شده است، محققان موفق به طراحی نوع جدیدی از باتری لیتیوم یونی شده‌اند که با استفاده از یک الکترود مونو کریستال قادر به انجام بیش از 20000 چرخه شارژ و دشارژ این مقدار تقریباً معادل پنج میلیون مایل برای یک ماشین الکتریکی است. این کشف مهم نه تنها می تواند به افزایش عمر خودروهای الکتریکی کمک کند، بلکه کاربردهای گسترده ای در ذخیره سازی انرژی های تجدیدپذیر و کاهش ضایعات الکترونیکی دارد.
1. طراحی نوآورانه با استفاده از الکترود تک کریستال
باتری جدید از الکترودهای تک کریستالی به جای الکترودهای پلی کریستالی معمولی استفاده می کند. این طراحی خاص باعث می شود باتری در برابر آسیب های ناشی از چرخه های شارژ و دشارژ مکرر مقاوم تر شود.
مشکل الکترودهای پلی کریستالی: در باتری های معمولی، لیتیوم در داخل ماده الکترود حرکت می کند و باعث انبساط و انقباض مکرر آن می شود. این فرآیند باعث ایجاد ترک های میکروسکوپی و تخریب ساختار الکترود می شود که در نهایت باعث کاهش عمر باتری می شود.
مزیت الکترود تک کریستال: ساختار یکپارچه این الکترودها از ترک خوردگی و تخریب جلوگیری می کند و عملکرد باتری را حتی پس از شش سال آزمایش مداوم، در همان سطح باتری جدید حفظ می کند.
2. استفاده از فناوری سینکروترون فوق روشن
برای بررسی عملکرد این باتری ها، محققان از سنکروترون فوق روشن در دانشگاه ساسکاچوان استفاده کردند. این ابزار قدرتمند امکان مطالعه باتری ها را در سطح میکروسکوپی بدون نیاز به جداسازی سلول ها فراهم می کند.
در باتری های معمولی، ترک های کوچک به تدریج ساختار الکترود را از بین می برند.
اما در باتری های تک کریستالی چنین آسیبی مشاهده نشد. حتی پس از شش سال آزمایش، محققان نتوانستند بین یک سلول جدید و یک سلول شش ساله تمایز قائل شوند.
3. مانند یک گلوله برفی در برابر یک مکعب یخ
محققان تفاوت ساختاری بین باتری های معمولی و تک کریستالی را با یک قیاس ساده توضیح دادند:
الکترودهای پلی کریستالی شبیه گلوله های برفی هستند که از دانه های برف کوچک تشکیل شده اند. این دانه ها به مرور زمان ترک می خورند و از هم می پاشند.
الکترودهای تک کریستالی مانند یک مکعب یخ جامد عمل می کنند که در برابر فشارها و تغییرات مکرر قوی و پایدار می ماند.
4. یک رکورد بی سابقه در عمر باتری
باتری های جدید قادر بودند بیش از 20000 چرخه شارژ و دشارژ را تحمل کنند بدون اینکه ظرفیت آنها به زیر 80 درصد کاهش یابد. این مقدار یک رکورد چشمگیر است و پتانسیل منحصر به فرد این فناوری برای افزایش عمر باتری های لیتیوم یون را نشان می دهد.
کاربردها و اثرات عملی
1. انقلابی در صنعت خودروهای الکتریکی
عمر طولانی‌تر این باتری‌ها به این معنی است که وسایل نقلیه الکتریکی می‌توانند بیشتر دوام بیاورند و نگرانی‌ها در مورد هزینه بالای تعویض باتری را کاهش می‌دهند. این می تواند جذابیت خودروهای الکتریکی را افزایش دهد و به تسریع پذیرش جهانی آنها کمک کند.
2. استفاده مجدد در ذخیره سازی انرژی.
هنگامی که وسایل نقلیه الکتریکی به پایان چرخه عمر خود می رسند، می توان از این باتری ها برای ذخیره انرژی از منابع تجدیدپذیر مانند نیروگاه های بادی و خورشیدی استفاده کرد. این استفاده دوگانه بهره وری اقتصادی را افزایش می دهد و به کاهش ضایعات الکترونیکی کمک می کند.
3. کاهش اثرات زیست محیطی
عمر طولانی تر باتری نیاز به تولید و بازیافت مداوم باتری های جدید را کاهش می دهد. این نه تنها مصرف منابع طبیعی را کاهش می دهد، بلکه اثرات زیست محیطی تولید و بازیافت باتری را نیز به حداقل می رساند.
پیشرفت های انجام شده در دانشگاه دالهوسی نشان دهنده یک گام بزرگ رو به جلو در توسعه فناوری باتری لیتیوم یونی است. باتری های تک کریستالی با دوام استثنایی و طراحی خلاقانه خود، می توانند نقش کلیدی در گسترش وسایل نقلیه الکتریکی و ذخیره انرژی های تجدید پذیر داشته باشند.
این دستاورد نه تنها به کاهش هزینه ها و افزایش کارایی خودروهای برقی کمک می کند، بلکه منجر به بهبود پایداری زیست محیطی و کاهش ضایعات الکترونیکی می شود. با ادامه تحقیق و توسعه این فناوری، می توان انتظار داشت که باتری های تک کریستالی یکی به یکی از ارکان اصلی یک آینده پایدار و سبز تبدیل شود.
باتری‌هایی با چنین دوام و کارایی می‌توانند انگیزه‌ای قوی برای پذیرش گسترده‌تر خودروهای الکتریکی در سراسر جهان باشند و به اهداف کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای جهانی کمک کنند. این دستاورد آینده روشنی را برای صنعت حمل و نقل و انرژی پایدار نوید می دهد.