باتری حرارتی لیتیوم یون LFP با شارژ بسیارسریع
بدون شک خودروهای برقی در آینده نزدیک بخش مهمی از صنعت حمل و نقل جهان را به خود اختصاص خواهند داد اما مشکلاتی این مسیر را با کندی روبرو کرده است. واضح است که مهمترین بخش یک خودرو برقی، باتری آن است و بیشتر مشکلات، مربوط به همین قسمت است.
مشکلات اساسی باتری خودرو های برقی عبارت است :
- عمر کوتاه
- مدت زمان طولانی برای شارژ
- چگالی انرژی پایین و قیمت گران
البته این مشکلات با پژوهش‌های انجام شده در سال‌های اخیر تا حد زیادی در حال برطرف شدن است.
انقلاب صنعتی باتری
گروهی از پژوهشگران دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا توانسته‌اند با تلاش بسیار، روشی هوشمندانه ابداع کنند که می‌تواند عمر و سرعت شارژ باتری‌های نوع LFP را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. آقای چائو یانگ و همکارانش موفق شده‌اند ذخیره انرژی باتری را به حدی برسانند که وسیله نقلیه الکتریکی بتواند با یک بار شارژ کامل به راحتی تا ۲۵۰مایل (400کیلومتر) را بپیماید . همچنین به لحاظ قیمت تمام شده محصول با خودروهای احتراق داخلی رقابت داشته باشد . دستاورد بسیار مهم اینجاست که این باتری حرارتی می‌تواند تنها درمدت زمان ده دقیقه تا ظرفیت کامل خود شارژ شود. شارژ کامل در مدن زمان ده دقیقه!
در کنار این، طبق ادعای این تیم پژوهشگر، باتری ساخته شده جهت استفاده برای وسیله نقلیه می‌تواند تا 2میلیون مایل (3.2میلیون کیلومتر) مسافت،کارایی و عمر مفید داشته باشد . در صورت صحیح بودن این ادعا می‌توان گفت که ما با یک انقلاب در صنعت باتری مواجه هستیم.
این باتری کم حجم است و می‌تواند هنگام گرم شدن مقدار زیادی انرژی تولید کند .40 کیلووات ساعت و 300 کیلووات نیرو!
بنابراین احتمالا یک وسیله نقلیه الکتریکی با این باتری می تواند در عرض 3 ثانیه از صفر به 60 مایل در ساعت برسد و مانند پورشه شتاب بالایی داشته باشد.
چالش
هنگامی که این باتری حرارتی در حالت دمای عادی با نرخ بالا، انرژی الکتریکی را دریافت می‌کند تا در زمان کوتاه شارژ شود، مشکل بزرگی به نام تشکیل دندریت‌های فلز لیتیوم ایجاد می شود. در این حالت عنصر لیتیوم در اطراف آند به مرور رسوب می‌کند و موجب رشد دندریت‌های لیتیوم می‌شود. این موضوع به سرعت کارایی باتری را کاهش داده و باعث از کار افتادن باتری می‌شود.
یک راه‌حل ِکاتالیزگر
راه حل
محققان دریافتند که می‌توانند با شارژ باتری برای چند دقیقه در دمای60 سانتیگراد ، مسئله رسوب لیتیوم را دور بزنند و سپس آن را در دمای سردتر تخلیه کنند. باتری از روش خود گرمایش(TM-LFP blade) استفاده می کند و به گرم کننده خارجی نیاز ندارد. باتری خود گرم شونده از یک ورقه نازک نیکل استفاده می‌کند . یک انتهای آن به ترمینال منفی متصل است و سر دیگر آن در خارج از سلول گسترش یافته و یک ترمینال سوم ایجاد می‌کند. هنگامی که الکترون ها جریان می‌یابند ، فویل نیکل به عنوان یک مقاومت، گرم می شود و فضای داخلی باتری را به طور یکنواخت حرارت می دهد. هنگامی که دمای داخلی باتری 140 درجه فارنهایت است ، سوئیچ باز می شود و باتری آماده برای شارژ سریع یا تخلیه خواهد بود.
مزیت یک
به گفته محقق ارشد این تیم، علاوه بر شارژ سریع، می‌توانیم زمانی که باتری در معرض دمای بالا هست را کنترل کنیم چراکه گرم شدن باید سریع و کوتاه باشد. در غیر این صورت باتری برای مدت طولانی در دمای بالا باقی می‌ماند و باعث تخریب شدید می شود.
مزیت دو
با استفاده از روش «خودگرم شونده» ، می‌توان از مواد کم هزینه برای کاتد و آند باتری و یک الکترولیت ولتاژ پایین و مطمئن استفاده کرد. یکی از مهمترین مسائل مطرح شده در این نوع از باتری‌ها، استفاده از کاتد پایدار در دمای های بالاست که کاتد LFP در برابر دما پایداری خوبی را نشان خواهد داد. این کاتد در برابر کاتد NMC پایداری حرارتی بالایی داشته اما انرژی کمتری نیز دارد.
همچنین در این کاتد هیچ یک از مواد گران قیمت مانند کبالت وجود ندارد. در این باتری حرارتی آند هم از گرافیت ، ماده ای ایمن ، سبک و ارزان ساخته خواهد شد.
منبع:Thermally modulated lithium iron phosphate batteries for mass-market electric vehicles
تاریخ انتشار: فروردین 1399
