سرعت شارژ باتری‌های جدید خودروهای الکتریکی

مجله علمی ایلیاد - بازار خودروهای الکتریکی در دنیا به رهبری تسلا در حال رشد است. این خودروها به جای موتورهای احتراق داخلی از باتری‌های لیتیوم یونی استفاده می‌کنند و به همین خاطر، عملکرد کلی خودرو با عملکرد باتری تعریف می‌شود. به هر حال سرعت کم شارژ و توان پایین از محدودیت‌های این خودروها هستند. اخیراً تیمی از محققین راهی سریع‌تر برای شارژ شدن و شارژ ماندن این خودروها پیشنهاد کرده است.

این تحقیق با همکاری پروفسور «بیونگوو کانگ» و دکتر «مینکونگ کیم» از دانشگاه POSTECH و پروفسور «وونسوب یون» از دانشگاه سونگکونکوان کره جنوبی انجام شده و نتایج آن در مجله‌ی Energy & Environmental Science به چاپ رسیده است.

تا کنون روش‌هایی برای تسریع در شارژ و تخلیه‌ی باتری‌های لیتیوم یونی مورد بررسی قرار گرفته‌اند که همه‌ی آن‌ها با کوچک کردن اندازه‌ی ذرات سازنده‌ی الکترودهای باتری همراه بوده است. کم کردن اندازه‌ی ذرات یک عیب بزرگ دارد و آن این است که چگالی انرژی باتری کاهش پیدا می‌کند.

این تیم تحقیقاتی نشان دادند که اگر در حین شارژ شدن و تخلیه‌ی باتری یک فاز گذار ایجاد شود، بدون از دست رفتن چگالی انرژی و بدون کوچک کردن اندازه‌ی ذرات الکترود می‌توان باتری‌های لیتیوم یونی را سریع‌تر شارژ کرد و طول عمر بیشتری نیز از آن‌ها گرفت.

در موادی که مواد مورد استفاده به عنوان الکترود بتوانند فازهای مجزا ایجاد کنند و تحمل فرآیند تولید و رشد فازهای جدید را در زمان شارژ شدن و تخلیه‌ی باتری داشته باشند، معمولاً دو فاز با حجم‌های مختلف درون یک ذره از آن‌ها ایجاد می‌شود که باعث بروز عیب‌های ساختاری متعدد در مرز فازها می‌شود. این عیب‌ها باعث رشد سریع فازهای جدید درون ذرات می‌شوند و شارژ سریع را در پی دارند. البته این تیم تحقیقاتی روشی برای سنتز مواد مورد استفاده پیدا کرده‌اند که به کمک آن می‌توان تفاوت موجود بین حجم فازهای ایجاد شده در یک ذره را کاهش داد.

موادی که توسط این تیم تحقیقاتی سنتز شده و به عنوان الکترود باتری‌های لیتیوم یونی مورد استفاده قرار گرفته است، توانسته طی فقط ۶ دقیقه تا ۹۰ درصد باتری را شارژ کند. این اعداد نشان می‌دهند که باتری لیتیوم یونی تهیه شده بسیار پرقدرت است.

پروفسور کانگ می‌گوید: «معمولاً بین چگالی انرژی پایین و سرعت شارژ و تخلیه تضاد وجود دارد، ولی در این تحقیق راه برای توسعه‌ی باتری‌های با چگالی انرژی بالا و سرعت شارژ بالا هموار شده است.»