ذخیره انرژی بدون جرم توسط باتری ساختاری

ذخیره انرژی بدون جرم توسط باتری ساختاری

بدون شک امروزه باتری جزء اصلی وسایل الکترونیکی به عنوان منبع تامین انرژی محسوب می‌شود. کاربرد و استفاده از باتری در وسایل گوناگون با رشد روزافزون همراه است. خودرو الکتریکی یکی از نمونه هایی است که باتری نقش مورد توجهی در آن دارد. باتری های موجود در خودرو‌های الکتریکی امروزی، قسمت عمده‌ای از وزن وسیله نقلیه را بدون اینکه در تولید انرژی و یا تحمل بار سازه نقشی داشته باشند، تشکیل می دهند. به عنوان مثال در خودروی تسلا مدل اس، یک چهارم وزن کل خودرو، وزن باتری مورد استفاده در آن است.توسعه و ساخت باتری های ساختاری، راه حلی مناسب در جهت کاهش وزن خودرو و افزایش بازدهی محصول می باشد.

منظور از باتری‌های ساختاری، باتری‌هایی هستند که بدنه‌ی وسایلی مانند بدنه‌ی خودروی الکتریکی، بدنه‌ی باتری هستند که در این صورت وزن نهایی کاهش می یابد. باتری های ساختاری چند منظوره می توانند هم به عنوان منبع تغذیه و هم به عنوان بخشی از سازه (مثلا در بدنه خودرو)، کارایی داشته باشند. این نوع ذخیره سازی، ذخیره انرژی بدون جرم نام دارد.  زمانی که باتری به بخشی از ساختار بدنه تبدیل می شود، می تواند وزن خودروی الکتریکی را تا حد زیادی کاهش دهد.

تاریخچه

ساخت اولین باتری ساختاری در سال 2007 انجام شده است . محققان دانشگاه صنعتی چالمرز طی سال ها تحقیق، توانستند باتری ساختاری تولید کنند که به گفته سرپرست گروه عملکرد ده برابری نسبت به تمام نسخه های قبلی خود دارد . و علاوه بر استحکام مطلوب، توانایی خوبی در ذخیره انرژی الکتریکی از نظر شیمیایی نیز دارند.

این باتری، دارای الکترود منفی تشکیل شده از فیبر کربن است و فویل آلومینیومی پوشش داده شده با لیتیوم آهن فسفات در الکترود مثبت قرار دارد. این دو الکترود نیز توسط یک لایه ی پارچه ای فایبر گلاس در ماتریس الکترولیت، از هم جدا شده اند. الیاف کربنی همزمان به عنوان الکترود رسانا در باتری و  موادی با کارایی تحمل بار عمل می کنند.

چگالی انرژی باتری ساخته شده 24 وات ساعت بر کیلوگرم گزارش شده است که تقریبا 20 درصد ظرفیت باتری‌های لیتیوم یون کنونی است، اما بدلیل آنکه استفاده از باتری‌های ساختاری باعث کاهش وزن خودرو می شود، برای رانندگی با خودرو، نیاز به انرژی کمتری است و می تواند انرژی کمتری مصرف شود. سختی این باتری در حد 25 گیگاپاسکال گزارش شده است که قابل رقابت با سایر مواد مورد استفاده در باتری لیتیوم یونی می باشد.

تغییرات آینده

هدف بعدی این گروه، ساخت نسل بعدی باتری‌های ساختاری است با ویژگی‌های زیر :

1. چگالی انرژی نهایی باتری را به 75 وات ساعت بر کیلوگرم برساند
2. سختی 75 گیگاپاسکالی بدست آورد.

با اعمال برخی تغییرات همچون:

• افزودن فیبر کربن به فویل آلومینیومی در الکترود مثبت :  هم سختی و هم چگالی انرژی باتری را افزایش می دهد. یــا
• جایگزین کردن فایبر گلاس با یک لایه ی فوق  نازک به منظور افزایش شارژدهی

تاریخ انتشار: هشتم خرداد 1400

منبع:A Structural Battery and its Multifunctional Performance