img

نسل بعدی باتری های لیتیوم یونی…

/
/
/
محققان به دنبال یک راه جایگزین برای باتری های لیتیوم یونی استاندارد و طراحی دوباره کار باتری ها و ترکیب مواد شیمیایی جدید هستند و برای ساخت باتری هایی با عمر بالا، با قابلیت شارژ سریع برای گوش های هوشمند ، لپ تاب ها و ماشین های الکتریکی و غیره تلاش می کنند.

در باتری های لیتیوم یونی ، شارژ به کندی انجام می شود و در مواردی خطرناک است و شاید بهترین روش برای شارژ دستگاه های شما نباشد. نیکول کوبی در تحقیق زیر روش جایگزینی را معرفی می کند:
به غیر از دستگاه های سامسونگ ، اکثر افراد از عمر کم باتری و زمان های شارژ طولانی شکایت می کنند. اما چه راه بهتری وجود دارد؟
محققان به دنبال یک راه جایگزین برای باتری های لیتیوم یونی استاندارد و طراحی دوباره کار باتری ها و ترکیب مواد شیمیایی جدید هستند و برای ساخت باتری هایی با عمر بالا، با قابلیت شارژ سریع برای گوش های هوشمند ، لپ تاب ها و ماشین های الکتریکی و غیره تلاش می کنند.
ایده های مختلفی به دست آمده، از باز طراحی کامل آن ها گرفته تا جایگزین کردن با مواد جدید. با وجود چالش های مواد شیمیایی و تامین مالی نشان می دهد که باید تا مدت های طولانی با این باتری ها کار کنیم ، اما تغییر در آینده در بلند مدت ممکن است. محققان موارد زیر را در نظر می گیرند.

مشکلات باتری ها
در بررسی باتری های لیتیوم یونی حتما باید به گرمای بیش از حد و انتقادات های کاربران اشاره کرد و در مواردی هم در ماشین های سامسونگ داغ شدن باتری به آتش سوزی در ماشین منجر شده است. پال شیرینگ، محقق معروف در زمینه مهندسی شیمی معتقد است که نباید به اخبار توجه کرد. این باتری ها در موارد از بین می روند و به آتش سوری منجر می شوند و اما این اتفاق خیلی نادراست.
شیرینگ گفت :»باتری های لیتیوم یونی در همه جا کاربرد دارد و فراگیر هستند از گوشی های همراه گرفته تا لپ تاپ ها و ماهواره ها و وسایل الکتریکی و هواپیما ها.» بیشر به خاطر مدار های کوتاه از کار می افتند و به همین دلیل سلول داغ می شود ( این فرایند فرار حرارتی نام دارد). این باتری ها برای جلوگیری از گرمای شدید ، چند قابلیت دارند ، اما این ویژگی ها از مشکلات تولید ، نقص در ساخت و جا دادن باتری در محیط های کوچک رنج می برند و این به بروز مشکلاتی منجر می شود.
یک مشکل دیگر باتری های لیتیوم یونی، چرخه های تخلیه شارژ است که به ۸۰۰ یا دو سال کار روزانه محدود می شود. دونالد سادووی استاد مواد شیمیایی در MIT گفت: « این باتری ها برای تلفن های همراه مناسب است ، زیرا افراد هر دو سال تلفن های همراه خود را به روز می کنند.» اما افراد هر دو سال یکبار خودروی خود را تغییر نمی دهند.»
این باتری ها در دهه اخیرارتقاء یافته اند و بهینه سازی سازی به کندی انجام شده است و به همین دلیل محققان تنها پیشرفت های کوچک را می بینند، اما طراحی و مواد در نهایت این باتری ها را تغییر می دهد.

راه حل های احتمالی
دکتر مارتین فاستر استاد مهندسی الکترونیک گفت :»راه های جایگزین باتری های لیتیوم یونی باید کارکرد مشابهی داشته باشند. هزینه، ظرفیت ، نسبت شارژ و تخلیه شارژ، اندازه ، امنیت و ظرفیت در دسترس آن ها باید بیشتر باشد. اکثر این موارد قابل حل هستند ،اما مواد استفاده شده محدودیت های جدی ایجاد می کنند. فاستر گفت:» برای مثال باتری های لیتیوم-تی تانیت از Willenhall( نمایشگر ذخیره انرژی) استفاده می کنند و در مقایسه با باتری های دیگر در نسبت های بالاتری شارژ و تخلیه می شوند، اما این باتری ها گران تر هستند.
چند گزینه امید بخش وجود دارد. اما شیرینگ فکر می کند که بهترین راه جایگزین ، استفاده از مواد حالت جامد به جای مایع است که سرعت و امنیت را افزایش می دهد. شیرینگ می گوید ، برخی از مایع ها قابل اشتعال در نسل کنونی باتری های لیتیوم یونی حاوی فولیک اسید هستند ، زیرا به دلیل امنیت بالا بسیار شناخته شده تر هستند.
به دلیل خطرات پایین ، استفاده از آن ها در دستگاه ها آسان تر است و نیازی انجام اقدامات ایمنی نیست. به علاوه آن ها عمر بالاتری دارند و سبنک تر هستد. شیرینگ تاییید می کند که آن ها هنوز به مرحله تجاری سازی نرسیده اند، اما سال پیش دیسون (nDyso)شرکت باتری جامد ساکتی ۳ (Sakti3) را به قیمت ۲۷۰ میلیون تومان خریداری کرد.
یک راه دیگر برای به روز رسانی باتری ها ، استفاده از مواد جدید به جای لیتیوم از جمله سودیم- یون ، لیتیوم سولفور و لیتیوم – هوا است.
باتری های سودیم یون احتمالا در در ذخیره سازی شبکه ای کاربرد های بیشتری پیدا می کندن. شاید در مقایسه با باتری های لیتیوم ارزان تر و پایدار تر باشند ، اما وزن و تراکم انرژی بیشتری دارند. تولید کننده های خودرو و ناسا بر روی لیتیوم سولفور سرمایه گذاری می کنند و امیدوارند بتوانند از این باتری ها برای افزایش تراکم انرژی در سفر های دور استفاده می کنند و برای فروش و کاربرد های فضایی این باتری ها را تلاش می کند.
برای دستگاه های ما ، محققان بر روی هوا کار می کنند. سال قبل، محققان دانشگاهی اعلام کردند که تراکم انرژی را با استفاده از لیتیوم- هوا در مقایسه با لیتیوم- یون پنج بار افزایش داده اند. به علاوه، شارژ دوباره آن ها تا ۲۰۰۰ بار بیشتر شده است. نتایج در یک مطالعه دانشگاه MITنشان داده شد ، این مطالعه از کاتود های « اکسیژن جامد» برای نگهداری انرژی وافزایش ظرفیت استفاده می کرد.
شیرینگ گفت این گزینه ها مانند هوا و سولفور «آینده خوبی» دارد و تجاری سازی این موارد در حال حاضر ممکن نیست.
سادووی (Sadoway) از دانشگاه MIT گفت که سعی می کند آلمینیوم را با لیتیوم یون جایگزین کن ، زیرا «لیتیوم» سومین عنصر فراوان در پوسته زمین است.» و استفاده از آلمینیوم قیمت های باتری ها را کاهش می دهد. محققان در دانشگاه استنفورد یک نسخه آلمینیوم-یون را در سال ۲۰۱۵ ساختند که شارژ را سریع ترانجام می دهد و و بدون کاهش ظرفیت تا ۷۵۰۰ بار شارژ می شد. این باتری آن قدر امن است که می توانید با استفاده از دریل آن را سوراخ کنید و در دستگاه های مختلف قابل استفاده است. گزینه های دیگر عبارتند از منیزیوم و یون( هر چیزی که ارزان و فراوان باشد).
به غیر از تغییر مواد، می توان باتری های دستگاه ها را به طور کامل تغییر داد . استفاده از گرافین ظاهر باتری ها را زیبا می کند و از الکترو استاتیک به جای واکنش های شیمیایی بهره می برد. باتری های زیستی که از ساختارهای بیولوژیکی مانند آمینو اسید استفاده می کنند نیز ، زیر ساختار جایگزینی را ارائه می کنند. اما به تحقیقات بیشتری نیاز است.

چرا تغییر صورت نمی گیرد
با وجود این گزینه های در دسترس، چرا همچنان از باتری های لیتیوم یونی استفاده می کنیم؟ سادووی به رکود در صنعت باتری و عدم حمایت مالی از خلاقیت اشاره می کند و معتقد است که باتری لیتیوم یونی از صنعت باتری سازی به دست نیامد ، این صنعت به سرمایه گذاری در باتری های هیبردی نیکل- آهن علاقه داشت. باتری های لیتیوم یونی از شرکت سونی گرفته شد و تغییرات امروزی نیز با مقاومت همراه است.
ساددوی می گوید: « ما باید شجاع و خلاق باشیم و چیزی فرا تر از باتری های لیتیوم –یونی فکر کنیم و متاسفانه ما این کار را نمی کنیم و تولید کننده ها تنها به ساخت تدریجی باتری های لیتیوم یونی تمرکز دارند. در همین حال ، دولت آمریکا بودجه محققان را در سال اخیر کاهش داده و علم زندگی دور شده است.»
صنعت خلاق نیست و فقط به کاهش قیمت ها فکر می کند.
نبود حمایت مالی از تحقیق طراحی و مواد جدید بدین معناست که هیچ کدام از گزینه های جدید از نظر تجاری ارزشمند نیست. سادووی ناکارآمدی تحقیقات را دلیل این موضوع می داند، چون که پول کافی برای توسعه آن ها هزینه نشده است یا با مشکل IQ جمعی رو به رو هستیم( تحقیق کم یعنی قدرت فکری ناکافی برای پیشرفت).
او اضافه کرد که صنعت به اندازه کافی خلاق نیست. این صنعت تنها به کاهش قیمت ها فکر می کند. مشکلات در موبایل ها و لپ تاپ ها در مقایسه با مشکلات ماشین های الکتریکی کم تر است. اگر باتری لپ تاپ شما خراب شود ، از پریز برق استفاده می کنید، اما اگر باتری ماشین خراب شود اوضاع بد تر است. به بیان دیگر اگر باتری را به روز رسانی نکنیم، باید از دستگاه های برقی برای کار با گوشی های قدیمی استفاه کنید.
شیرینگ اشاره کرد که با ایجاد تغییرات لپ تاپ های قدیمی یک هفته، گوشی های هوشمند دو هفته و ماشین های برقی زمان طولانی تری دوام می آورند. در باتری های جدید شارژ در عرض پنج دقیقه انجام می شود. او گفت:» پیشرفت در باتری ها فناوری های جدیدی را به همراه دارد.»

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

It is main inner container footer text