شارژ وسایل نقلیه برقی در عرض ده دقیقه به کمک طراحی جدید باتری لیتیوم یون
مهندسان دانشگاه ایالتی پن، پیشگام روش جدیدی هستند که می تواند باتری لیتیوم یون وسایل نقلیه برقی را بسیار سریع شارژ کند و تقریبا در طی ده دقیقه ۳۲۱ کیلومتر (۲۰۰ مایل) به برد رانندگی اضافه کند. مهم تر اینکه، این روش تاثیرات جانبی مخرب که طول عمر باتری را محدود می کند، ایجاد نمی کند.
نویسنده اصلی این مقاله شیائو-گوانگ یانگ و همکارانش گزارش این پیشرفت را که در ژورنال ژول (Joule) منتشر شده است، شرح داده اند.
سوخت گیری، همیشه محدودیتی برای وسایل نقلیه برقی (EVS) بوده است. شارژ شدن روزانه از طریق برق ۱۲۰ ولت در منزل، حدود ۳ تا ۸ کیلومتر (دو تا پنج مایل) برد در ساعت را در اختیار شما قرار می دهد، در حالی که شارژ شدن از طریق یک پریز قدرتمند تر ۲۴۰ ولتی، همان وسیله نقلیه را برای طی نمودن ۱۶ تا ۳۲ کیلومتر (ده تا بیست مایل) آماده می سازد.
ایستگاه های شارژ سریع فعلی بسیار سریع تر هستند، اما هنوز ۲۰ دقیقه طول می کشد تا فقط ۹۶ تا ۱۲۹کیلومتر (۶۰-۸۰ مایل) برد اضافی را فراهم کنند. از آنجایی که آبکاری لیتیوم با اضافه کردن میزان زیادی از انرژی در یک مدت زمان کوتاه، به باتری ها (تشکیل فلز لیتیوم به دور آند باتری های لیتیوم یون در هنگام شارژ) آسیب وارد می کند، روش های شارژ باتری ها نتوانسته است در فرآیند شارژ، سریع تر پیشرفت کند.
برای اینکه اتومبیل های برقی بتوانند به خوبی وسایل نقلیه بنزینی عمل کنند، باید سرعت سوختیگیری آن ها، مشابه با وسایل نقلیه بنزینی باشد. یانگ و نویسندگان همکار او نشان داده اند که این هدف نه تنها عملی است، بلکه به زودی می تواند به طرز شگفت آوری تحقق یابد. آن ها در مقاله خود، یک روش تعدیل دمای نامتقارن برای شارژ باتری لیتیوم یون را شرح می دهند.
در اینجا، باتری به سرعت در حدود شصت درجه سانتیگراد (۱۴۰ درجه فارنهایت) گرم می شود و در حین شارژ، در آن درجه حرارت (تسهیل انتقال انرژی) نگه داشته می شود و سپس در دمای خنک تر تخلیه می شود. این روش به آن ها اجازه می دهد سلول های در مقیاس بزرگ، ماژول ها و بسته های باتری مورد استفاده در وسایل نقلیه برقی امروزی را تا ۸۰ درصد از ظرفیت خود در کمتر از ده دقیقه شارژ کنند.
نکته مهم موفقیت مهندسان، دستیابی به گرمایش سریع بود. یک فویل نیکل خود گرمایش ارزان قیمت، که روی باتری ها نصب شده است، اجازه گرم کردن باتری، از دمای اتاق تا ۶۰ درجه سانتی گراد را در مدت زمان ۳۰ ثانیه می دهد. درجه حرارت بالا مانع از تشکیل آبکاری لیتیوم می شود، اما باعث تخریب باتری های لیتیوم یون نیز می گردد.
با این حال، از آنجا که باتری ها مدت طولانی گرم نشده اند (فقط ۱۰ دقیقه در هر بار)، اثرات منفی آن ناچیز خواهد بود. باتری هایی که محققان آزمایش کرده اند، پس از ۲.۵۰۰ چرخه شارژ، ۹۱.۷٪ از ظرفیت خود را حفظ کردند که معادل ۸۱ هزار کیلومتر (۵۰۰ هزار مایل) مسافت رانندگی است.
یک مانع عملی بالقوه برای عرضه عمومی این تکنولوژی وجود دارد. باتری ها باید در شرایط مختلف محیطی به دمای شارژ ۶۰ درجه سانتیگراد برسند. شارژ در دمای خیلی پایین، موجب آبکاری باتری های لیتیومی می شود. شارژ در دمای خیلی بالا، موجب تخریب باتری ها شده و یا در موارد نادر حتی منفجر می شوند. البته هیچ دلیلی وجود ندارد که فکر کنیم مهندسی هوشمند نمی تواند بر این مانع غلبه کند.
برای شارژ ایمن و سریع باتری ها به ایجاد زیرساخت های جدید شارژ سریع احتیاج است. باتری ها نیز باید به گونه ای استاندارد شوند تا عنصر گرمایش فویل نیکل را شامل گردند.
موفقیت مهندسی یانگ و همکارانش در این پروژه نشانه دیگری است که اظهار دارد انقلاب وسایل نقلیه برقی (که مدت هاست به عنوان یک رویای مبهم درنظر گرفته می شود) اکنون درست در مقابل چشمان ماست.
منبع
