باتری‌های لیتیوم‌یونی خودرو؛ پرانرژی در سرما و گرمای شدید

به گزارش گروه علم و آموزش ایران اکونومیست از پایگاه خبری تِک اکسپلور (Tech Xplore)، مهندسان دانشگاه کالیفرنیا سَن دیه‌گو در ایالت متحده آمریکا، نوعی باتری‌ لیتیوم‌یونی را طراحی کرده‌اند که هم در دمای انجماد و هم در گرمای سوزان به‌ خوبی عمل می‌کند و انرژی زیادی را نگه می‌دارد. محققان الکترولیتی را طراحی کردند که در طیف وسیعی از دما، قوی عمل می‌کند و با آند و کاتد انرژی بالا نیز سازگار است.

این باتری‌ها این امکان را برای وسایل نقلیه الکتریکی فراهم می‌کنند که در آب و هوای سرد با یک بار شارژ، مسافت بیشتری را طی کنند. با استفاده از این باتری‌ها، در آب و هوای گرم، خودروها نیاز کمتری به سیستم‌های خنک‌کننده برای جلوگیری از گرم‌شدن بیش از حد باتری‌هایشان دارند.

الکترولیت این باتری‌ها هم در برابر سرما و هم در برابر گرما مقاوم است. این الکترولیت از محلول مایع دی‌بوتیل‌اِتِر مخلوط با نمک لیتیوم ساخته شده است. ویژگی خاص دی‌بوتیل‌اتر این است که مولکول‌های آن پیوند ضعیفی با یون‌های لیتیوم دارند؛ به بیان دیگر، مولکول‌های الکترولیت می‌توانند هنگامی که باتری کار می‌کند به‌آسانی از یون‌های لیتیوم جدا شوند. این برهم‌کنش مولکولی ضعیف، باعث بهبود عملکرد باتری در دمای زیر صفر می‌شود. ضمن اینکه، دی‌بوتیل‌اتر می‌تواند به‌راحتی گرما را بگیرد زیرا در دماهای بالا مایع می‌ماند (نقطه جوش آن ۱۴۱ درجه سلسیوس یا ۲۸۶ درجه فارنهایت است).

ویژگی دیگر این الکترولیت، سازگاری آن با باتری لیتیوم‌سولفور است که نوعی باتری شارژشدنی است که آند آن از فلز لیتیوم و کاتد آن از سولفور ساخته شده است.

باتری‌های لیتیوم‌سولفور بخش مهمی از فناوری باتری‌های آینده هستند؛ زیرا چگالی انرژی بالاتری دارند و کمتر هزینه‌بر هستند. آن‌ها در مقایسه با باتری‌های لیتیوم‌یونی کنونی می‌توانند دو برابر انرژی بیشتر در هر کیلوگرم ذخیره کنند که این ممکن است بُرد خودروهای الکتریکی را بدون افزایش وزن باتری دوبرابر کند.

همچنین، سولفور در مقایسه با کبالت استفاده‌شده در کاتدهای باتری‌های لیتیوم‌یون قدیمی، فراوان‌تر و مشکل‌سازتر است اما در راه استفاده از باتری‌های لیتیوم‌سولفور نیز مشکلاتی وجود دارد؛ از جمله اینکه هم کاتد و هم آند فوق‌العاده واکنشی هستند.

کاتدهای سولفور به حدی واکنش‌پذیر هستند که در حین کار با باتری حل می‌شوند و این مشکل در دمای بالا بیشتر می‌شود.

آندهای فلزی لیتیوم نیز مستعد تشکیل ساختارهای سوزنی‌مانند (دِندریت) هستند که می‌توانند قسمت‌هایی از باتری را سوراخ کنند و باعث اتصال کوتاه آن شوند. در نتیجه، باتری‌های لیتیوم‌سولفور فقط تا ده‌ها چرخه ماندگاری دارند.

باتری ساخته‌شده توسط دانشمندان دانشگاه سن‌دیه‌گو از این مشکلات جلوگیری می‌کنند؛ حتی در دمای زیاد و کم. باتری‌هایی که آن‌ها ساخته‌اند طول عمر بیشتری در مقایسه با باتری‌های لیتیوم‌سولفور معمول داشتند. الکترولیت این باتری‌ها هم کاتد و هم آند آن‌ها را بهبود بخشیده است و باعث رسانایی بالاتر و پایداری سطحی بیشتری شده است.