ساخت باتری‌های لیتیوم-یونی با سرعت بسیار بالا
ساخت باتری‌های لیتیوم-یونی با سرعت بسیار بالا
مجله علمی ایلیاد - تیمی از محققین دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا نشان داده‌اند که می‌توانند با ۱۰ دقیقه شارژ خودروهای الکتریکی آن‌ها را تا ۳۰۰ و حتی ۵۰۰ کیلومتر بیمه کنند. باتری‌های لیتیوم-یونی زمانی که در دمای زیر ۱۰ درجه‌ی سانتی‌گراد به سرعت شارژ شوند از بین می‌روند، زیرا به جای اینکه یون‌های لیتیوم به آرامی درون آندهای کربنی وارد شوند، بر روی سطح آند تجمع می‌کنند. این تجمع لیتیومی باعث کم شدن ظرفیت باتری می‌شود و می‌تواند باعث بروز جرقه‌های الکتریکی و ناایمن بودن باتری نیز باشد. اگر باتری تا دماهای خاصی گرم شود، لایه‌های لیتیومی تشکیل نمی‌شوند.
دکتر «چائو یانگ وانگ» از دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، می‌گوید: «در این طراحی علاوه بر شارژ سریع این اجازه به ما داده می‌شود تا از قرار گرفتن باتری به مدت زیاد در معرض دمای بالا جلوگیری کنیم و بنابراین طول عمر باتری را بالاتر ببریم. کلید این طراحی در گرمایش سریع است؛ در غیر این صورت باتری طی مدت زمان بالایی در معرض دمای بالا قرار می‌گیرد که باعث تخریب آن می‌شود.»
برای اینکه باتری در مدت زمان کمی تحت حرارت قرار گیرد و دمای همه‌ی قسمت‌های آن به‌صورت یکسان افزایش یابد، دکتر وانگ و همکارانش یک باتری لیتیوم-یونی را با یک ساختار خودگرم کننده‌ی نیکلی ترکیب کردند که این ساختار می‌تواند به مدت کمتر از ۳۰ ثانیه تولید گرما کند. آن‌ها برای آزمایش طراحی خود باتری‌های گرافیتی مخصوص خودروهای برقی را با این سیستم و در دماهای ۴۰، ۴۹ و ۶۰ درجه و همچنین دمای کنترلی ۲۰ درجه‌ی سانتی‌گراد تحت آزمون قرار دادند و روش‌های خنک‌سازی مختلفی را برای ثابت نگه داشتن دمای شارژ، بررسی کردند. برای اطمینان از عدم تشکیل لایه‌های لیتیومی، باتری‌ها تخلیه شده و پس از باز شدن تحت آنالیز قرار گرفتند.
آن‌ها دریافتند که اگر دمای شارژ ۶۰ درجه باشد، خاصیت شارژ سریع به مدت ۱،۷۰۰ بار باقی خواهد ماند، در صورتی که باتری‌های کنترلی در دمای ۲۰ درجه فقط ۶۰ بار شارژ مجدد را تحمل می‌کنند. آن‌ها همچنین دریافتند که افزایش دمای شارژ شدن باعث می‌شود لزوم خنک‌سازی باتری برای ثابت نگه داشتن دمای اولیه نیز کاهش پیدا کند. باتری‌های کنترلی حدود ۳.۰۵ وات‌ساعت گرما تولید می‌کنند؛ در صورتی که باتری در دمای ۶۰ درجه سانتی‌گراد ۱.۷ وات‌ساعت گرما تولید می‌کند.
این تکنولوژی امکان افزایش مقیاس را دارد و البته باید در نظر داشت که ساختار نیکلی باعث افزایش ۰.۴۷ درصدی هزینه‌ی اولیه می‌شود که با حذف پیش‌گرم‌کن‌هایی که در مدل‌های کنونی استفاده می‌شوند از نظر هزینه‌ای نیز این سیستم جدید مقرون به صرفه است.
نتایج این مطالعات در مجله‌ی Joule چاپ شده است.