باتری جدیدی برای خودروهای برقی

به گزارش asme در تلفن‌های همراه از نوعی باتری به نام باتری لیتیوم ـ یونی استفاده می‌شود که حجم بسیار کوچکی را اشغال می‌کند، اما این نوع باتری وقتی قرار باشد توان بسیار زیاد مورد نیاز خودروهای برقی را تامین کند، بسیار بزرگ و جاگیر می‌شود. بتازگی پژوهشگرانی از دانشگاه استنفورد توانستند به شیوه‌ای جایگزین برای ساخت باتری خودروهای برقی دست یابند که همین امر امیدهایی برای تغییر ساختار این نوع باتری‌ها و در نتیجه افزایش اقبال به استفاده از خودروهای پاک و بدون آلایندگی را برانگیخته است.

شاید باتری‌های لیتیوم سولفوری را بتوان نسل آینده باتری‌های خودروهای برقی دانست. در باتری‌های لیتیوم سولفوری معمولی این نوع باتری‌ها آندی از جنس لیتیوم خالص داریم. این باتری‌ها انرژی بسیار بیشتری نسبت به باتری‌های لیتیوم ـ یونی رایج در خود ذخیره می‌کنند. درواقع، یک باتری لیتیوم سولفوری می‌تواند تا 5‌/‌5 برابر انرژی بیشتری نسبت به یک باتری لیتیوم ـ یونی هم‌وزن با خود را داشته باشد. همچنین سولفور (گوگرد) ماده‌ای ارزانقیمت است که به راحتی در دسترس قرار دارد، اما این نوع باتری با یک مشکل بزرگ روبه‌روست و آن هم بازه کوتاه استفاده از آنهاست. در حقیقت این باتری‌ها پس از حدود 50 بار استفاده برای همیشه غیرقابل مصرف می‌شوند.

عمر کوتاه

دانشمندان بتازگی دلیل این عمر کوتاه را دریافتند. طی دوره استفاده از این باتری‌ها، ذرات بلوری گوگرد به ماده پلی‌سولفید تبدیل می‌شوند. از آنجا که ماده پلی‌سولفید قابل حل شدن است، می‌تواند وارد محلول الکترولیت باتری شده و به این ترتیب به بخش‌های مختلف باتری برود. یکی از مهم‌ترین بخش‌هایی که مورد حمله این مواد قرار می‌گیرد، بخش آند باتری است. در حقیقت، گوگرد حل شده در آب با فلز لیتیوم به صورت مستقیم واکنش می‌دهد.

اما تا سال‌ها این سازوکار ساده از چشم دانشمندان پنهان بود و آنها تنها برحسب اتفاق توانستند این مورد را کشف کنند. تا پیش از این برای بررسی کارکرد باتری‌های لیتیوم ـ یونی ابتدا چند بار از آن استفاده و سپس بخش‌های مختلف آن برای مطالعه از ساختار باتری جدا می‌شد. نکته اینجا بود که دانشمندان برای این‌که بتوانند این قطعات را زیر میکروسکوپ الکترونی مشاهده کنند، ابتدا آن را می‌شستند و به این ترتیب ناخواسته ماده پلی‌سولفید را که سبب آسیب به کاتد شده بود از روی الکترود جدا می‌کردند.

به هر حال گروهی از پژوهشگران دانشگاه استنفورد برای اولین بار با استفاده از میکروسکوپ ویژه‌ای توانستند عملکرد بخش‌های مختلف باتری را حین استفاده مشاهده کنند. آنها به این ترتیب مشاهده کردند ذرات گوگرد از کاتد جدا شده و روی آند یعنی لیتیوم قرار می‌گیرند و به این ترتیب عمر باتری کاهش می‌یابد.

در نتیجه با ساختن سپری برای محافظت از آند در برابر واکنش با ذرات گوگرد شاید بتوان عمر این نوع باتری‌ها را افزایش داد. پژوهشگران به فکر استفاده از ماده گرافیت به جای لیتیوم خالص افتادند. خوشبختانه این ماده در برابر ذرات گوگرد مقاومت کرده و در نتیجه بازه زمانی عملکرد مفید این نوع باتری افزایش می‌یابد.