آشنایی با عملکرد باتری های حالت جامد؛ قدم بعدی برای تکمیل انقلاب خودروهای برقی

پیش از این خبرهایی مبتنی بر نسل جدید باتری وسایل نقلیه الکتریکی که توسط بزرگ ترین شرکت های خودروسازی جهان و استارت اپ ها در حال توسعه است را منتشر کرده بودیم. گروه فولکس واگن و زیر مجموعه شهیر آن یعنی پورشه در حال اجرای یک پروژه مشترک با دانشگاه MIT آمریکا است و یک استارت اپ سوییسی نیز پیش از این خبر از موفقیت های گسترده ای در توسعه این دست از باتری ها را منتشر کرده بود.

اما معجزه باتری های حالت جامد در چیست که با ادعای برد حرکتی مشابه با دیگر خودروهای احتراق داخلی امروزه بر سر زبان ها افتاده است. در ادامه این معجزه فن آوری را برایتان شرح خواهیم داد.

اصلی ترین بخش باتری ها الکترود ها (آند و کاتد) غوطه ور در الکترولیت ها هستند. باتری های معمول 12V در خودروها از محلول اسید سولفوریک به عنوان الکترولیت استفاده کرده و تا زمانی که درون محفظه باتری قرار دارند کار می کنند.

باتری های لیتیوم یونی از نمک لیتیوم در یک حلال قابل اشتعال به عنوان الکترولیت استفاده می کنند. گرچه باتری های لیتیوم یونی دارای یک قطعه مهم دیگر به نام جدا کننده الکترودها از یکدیگر نیز هستند.

اگر باتری های لیتیوم یونی در حین استفاده کنترل نشوند و آتش بگیرند، فرار حرارتی آن ها به میزانی است که از نظر شیمایی امکان جلوگیری از سوختن آن ها وجود ندارد و تا ذره آخر سلول ها می سوزد. به همین دلیل باتری های لیتیوم یونی به سیستم های الکترونیکی پیچیده نیاز دارند تا به طور یکسان سلول ها را خنک کاری کنند. در نتیجه شرکت های سازنده باتری باید هزینه بیشتری برای توسعه سیستم های خنک کننده بپردازند و وزن نهایی مجموع باتری افزایش پیدا می کند. متاسفانه در حال حاضر باتری های لیتیوم یونی به نسبت هر نوع دیگر باتری قابلیت ذخیره انرژی و عملکرد بالاتری دارند اما همچنان جای پیشرفت برای دیگر نوع باتری های نیز وجود دارد.

باتری های حالت جامد می توانند تمامی این مشکلات را با استفاده از الکترولیت های جامد غیر قابل اشتعال حل کنند.

کنترل گرما در باتری های جامد راحت تر است در نتیجه سیستم خنک کاری ساده تر و ارزان تری مورد نیاز است که می تواند تاثیر محسوسی در کاهش وزن داشته باشد. دیگر نیازی به جدا کننده های سنگین وزن و محافظ های بخش بیرونی باتری نخواهد بود زیرا این فن آوری به قدر کافی ایمن است. مانع واقعی بر سر رسیدن به باتری های حالت جامد رسانایی ضعیف الکترولیت های جامد مانند سرامیک است که البته طبق اخباری که توسط توسعه دهندگان بزرگ باتری منتشر می شود امروزه از مواد جدیدی استفاده می شود که هدایت کننده های بسیار خوبی هستند.

اما مهم ترین مزیت این باتری ها را باید میزان چگالی انرژی یا همان مقدار انرژی قابل ذخیره در سلول های باتری جامد عنوان کرد. طبق ادعاهای مطرح شده توسط سازندگان، این باتری ها تا دو برابر قابلیت ذخیره انرژی بیشتری به نسبت باتری های معمول لیتیوم یونی دارند. همچنین هزینه تولید آن ها نیز کمتر است.

این بدین معنا است که باتری های حالت جامد امکان افزایش برد حرکتی وسایل نقلیه الکتریکی را فراهم می کنند به گونه ای که هرچه باتری های سبک تر باشند، خودرو سبک تر خواهد بود و حتی انرژی کمتری برای به حرکت در آوردن آن نیاز است در نتیجه امکان کوچک سازی باتری ها ممکن می شود.

طبق آخرین صحبت های خودروسازان این باتری ها کمی زودتر از سال 2025 میلادی بر روی خودروها قرار خواهند گرفت که می تواند آینده صنعت خودروسازی را به کلی دگرگون کند.

زمانی که یک باتری در حال شارژ رسانی به وسیله ای همچون موتور، گوشی موبایل و...است. آیون ها از بخش منفی یعنی آند به سمت بخش مثبت یعنی کاتود حرکت می کند. زمانی که باتری به یک شارژر وصل می شود حرکت معکوس اتفاق خواهد افتاد و باتری ها مجددا شارژ می شوند.