باتری‌های آینده برای هزارکیلومتر رانندگی

عمادالدین قاسمی‌پناه_خبرنگار

باتری، چالش مهم زندگی همه مردم جهان است! روزی نمی‌شود که کسی به‌خاطر تمام‌شدن باتری موبایلش نگران نشود. این موضوع اما درباره خودروهای برقی دردسر بیشتری دارد و می‌تواند زندگی را مختل کند. به‌طور خلاصه اگر باتری‌هایی که مدت طولانی شارژ نگه می‌دارند تامین شوند یکی از مهم‌ترین چالش‌های توسعه بیشتر خودروهای الکتریکی حل می‌شود. در واقع توسعه باتری‌های جدید می‌تواند خودروهای برقی را برای سفرهای بین‌شهری با مسافت دور هم تبدیل به یک گزینه ایده‌آل کند. در بسیاری از کشورها هنوز برخلاف پمپ‌بنزین‌ها، زیرساخت‌های ایستگاه‌های شارژ سریع تامین نشده و باتری‌های جدید می‌توانند افراد بیشتری را برای عوض‌کردن خودروهای بنزینی یا دیزل با خودروهای الکتریکی قانع کنند.

ظرفیت بالا
باتری‌های ساخته شده با استفاده از لیتیوم-گوگرد به جای لیتیوم- یون معمولی دارای ظرفیت زیادی هستند و مدت زمان زیادی دوام می‌آورند. اگرچه این باتری‌ها تا 5برابر بیشتر انرژی تولید می‌کنند، اما یکی از مهم‌ترین مشکلات آنها طول عمر بسیار کوتاه‌تر است. یک تیم بین‌المللی از دانشمندان بر این باورند که اکنون این نوع مشکل را از طریق نوع جدیدی از معماری ترکیبی برطرف کرده‌اند که منجر به شارژ و تخلیه باتری در باتری لیتیوم-گوگرد شده است و می‌تواند یک تلفن هوشمند را برای چندین روز آماده به‌کار نگه دارد.  
مهدخت شیبانی، پژوهشگر اصلی این تحقیق در گفت‌وگو با وب‌سایت نیواطلس می‌گوید: یکی از چالش‌های اصلی برای پذیرش انبوه باتری‌های لیتیوم-گوگرد تاکنون این بوده است که ظرفیت ذخیره‌سازی‌ الکترود گوگرد به اندازه‌ای است که نمی‌تواند فشار موجود را مدیریت کند. شیبانی می‌گوید که این اتفاق به این دلیل است که این فشار منجر به کج و معوج‌شدن اجزای اصلی، یعنی ماتریس کربنی که مسئول انتقال الکترون‌ها به گوگرد عایق‌بندی شده است و همچنین چسب پلیمری که آن 2ماده را به هم می‌چسباند، می‌شود. خراب‌شدن این اتصال باعث تخریب سریع عملکرد باتری می‌شود. بنابراین شیبانی و تیمی از همکاران بین‌المللی شروع به جست‌وجوی شیوه‌های جدید برای چسباندن همه آنها به یکدیگر کردند. او به جای استفاده از ماده چسباننده برای ایجاد یک شبکه متراکم که در فضا صرفه‌جویی می‌کرد، تصمیم گرفت به ذرات گوگرد فضایی برای تنفس بدهد!

روش متفاوت در پردازش
باتری جدید به یک ماده اتصال‌دهنده سنتی متکی است اما به روشی متفاوت پردازش می‌شود تا اتصال‌های فوق‌العاده قوی بین ماتریس کربن و ذرات گوگرد ایجاد شود که با انبساط باتری هنگام شارژ، فضای اضافی را فراهم می‌کند. شیبانی می‌گوید: من در واقع شبکه‌ای مانند وب ایجاد کردم که کمترین میزان اتصال بین ذرات مجاور در آن قرار دارد و فضای بیشتری را برای ایجاد تغییرات در ساختار و فشار ناشی از آن باقی می‌گذارد.
آزمایش‌های این تیم با باتری جدید لیتیوم-گوگرد خود نشانه‌های امیدوارکننده‌ای به همراه داشته است. او می‌گوید: در آزمایش‌هایی با بیش از 200چرخه شارژ، این باتری بیش از 99درصد بازده شارژ/تخلیه را به نمایش گذاشته است که با دانش ما این الکترودهای با ظرفیت بالا بی‌نظیر است. محققان می‌گویند این باتری می‌تواند به‌مدت 5روز مداوم یک تلفن هوشمند را تغذیه کند یا باعث حرکت یک وسیله نقلیه الکتریکی تا بیش از هزار کیلومتر بدون شارژ مجدد شود. آنها می‌خواهند این باتری را در طول سال آینده، چه در اتومبیل‌های برقی و چه به‌عنوان گزینه ذخیره انرژی خورشیدی، بیشتر آزمایش کنند. آنها همچنین حق مالکیت اختراع را برای این فناوری ثبت کرده‌اند که علاوه بر بهبود عملکرد نسبت به باتری‌های سنتی لیتیوم - یونی، متعهد به هزینه‌کردن کمتر و تأثیر محیط‌زیستی کمتر شده‌اند. متیو هیل، یکی دیگر از پژوهشگران این تحقیق می‌گوید: این رویکرد نه‌تنها از معیارهایی با کارایی بالا و چرخه طولانی بهره می‌برد بلکه برای تولید و استفاده از فرایندهای مبتنی بر آب، ساده و بسیار کم هزینه است و می‌تواند به کاهش قابل‌توجه در میزان زباله‌های خطرناک محیط‌زیست منجر شود.

ماده اتصال‌دهنده سنتی
باتری جدید به یک ماده اتصال‌دهنده سنتی متکی است، اما به روشی متفاوت پردازش می‌شود تا اتصال‌های فوق‌العاده قوی بین ماتریس کربن و ذرات گوگرد ایجاد شود که با انبساط باتری هنگام شارژ، فضای اضافی را فراهم می‌کند