افزایش شگفت‌انگیز باتری برد خودروهای برقی را ۶۲۰ مایل افزایش می‌دهد و چگالی انرژی برای هواپیماها را دو برابر می‌کند
پژوهشگران دانشگاه موناش در استرالیا موفق به توسعه باتری‌های لیتیوم-گوگرد (Li-S) فوق‌سریع شارژ شده‌اند که ممکن است به زودی خودروهای برقی با برد بلند و تاکسی‌های هوایی را قدرت بخشند. این باتری‌های تازه توسعه‌یافته دو برابر چگالی انرژی یک باتری لیتیوم-یونی (Li-ion) معمولی را ارائه می‌دهند، طبق یک اطلاعیه مطبوعاتی دانشگاه.
باتری‌های لیتیوم-یونی که در دهه ۱۹۸۰ ابداع شدند، اکنون به الگوهای اصلی ذخیره‌سازی انرژی برای دستگاه‌های الکترونیکی کوچک یا خودروهای برقی بزرگ تبدیل شده‌اند. حتی بانک‌های ذخیره‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر به دلیل چگالی انرژی برتر و ظرفیت ذخیره‌سازی از باتری‌های لیتیوم-یونی استفاده می‌کنند.
باتری‌های لیتیوم-گوگرد ممکن است اکنون در خبرها باشند، اما در واقع دو دهه قبل از همتایان لیتیوم-یونی خود ابداع شده‌اند. با این حال، محدودیت‌های شیمیایی داخلی منجر به این شده که باتری‌های Li-S در توسعه خود عقب بمانند که به آهستگی در حال رفع شدن است.
بهبود باتری‌های Li-S
در میان نواقص باتری Li-S می‌توان به کاهش تحویل قدرت و تعداد کمتر چرخه‌های شارژ اشاره کرد. این امر عمدتاً به دلیل مواد آند و کاتد استفاده شده در باتری است.
از آنجا که گوگرد به عنوان کاتد و لیتیوم-یون به عنوان آند عمل می‌کند، لیتیوم در فرآیند شارژ مجدد بر روی آند مجدداً ته‌نشین نمی‌شود. در عوض، رسوبات شیمیایی حاصل، آند و الکترولیت را تخریب می‌کند و زمان شارژ مجدد و خروجی قدرت را کاهش می‌دهد.
با الهام از شیمی بتادین، که یک ضدعفونی کننده معمولی است، پژوهشگران دانشگاه موناش راهی برای بهبود نرخ شارژ و دشارژ باتری‌های Li-S پیدا کردند. این ضدعفونی‌کننده حاوی پلی‌وینیل پیرولیدون (PVP)، یک پلیمر مصنوعی است که می‌تواند با سایر مولکول‌ها واکنش دهد و ترکیبات با خواص متفاوتی ایجاد کند.
استفاده از PVP به عنوان کاتالیست در باتری‌های Li-S واکنش‌های شیمیایی را تسریع کرده و نرخ شارژ و دشارژ سریع‌تری را ممکن می‌کند.
بهتر، ایمن‌تر، سبزتر
«کاتالیست ما عملکرد C-rate باتری‌های Li-S را به طور چشمگیری بهبود بخشید، همانطور که در سلول‌های اولیه پروتو تایپ مفهوم اثبات شده نشان داده شد»، گفت مانیک ماجومدر، استاد دانشگاه موناش که پژوهش را رهبری کرده است. «با مقیاس‌گذاری تجاری و تولید سلول‌های بزرگتر، این فناوری می‌تواند چگالی انرژی تا ۴۰۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم را فراهم کند.»
در مقایسه، باتری‌های Li-ion چگالی انرژی ۱۵۰ تا ۲۳۵ وات‌ساعت بر کیلوگرم دارند. چگالی انرژی بالاتر باتری‌های Li-S می‌تواند خودروهای برقی را برای ۶۰۰ مایل دیگر (۱۰۰۰ کیلومتر) حرکت دهد و به انتقال به حمل و نقل برق تحرک می‌کند.
آنچه Li-S را خاص‌تر می‌کند، این است که می‌تواند نرخ‌های دشارژ سریع را نیز به‌دست آورد. «این امر آن را برای کاربردهایی که به عملکرد دینامیک نیاز دارند، مانند هوانوردی، که در آن باتری‌ها باید در هنگام برخاستن نرخ‌های C بالا را بر قرار کنند و در طول سفر به نرخ‌های C پایین به‌صورت کارآمد تغییر کنند، بسیار مناسب می‌سازد»، ماجومدر در اطلاعیه مطبوعاتی افزود.
افزودن کاتالیست نه تنها زمان‌های شارژ را کاهش می‌دهد، بلکه باتری‌ها را ایمن‌تر می‌سازد، زیرا قبلاً مستعد به اتصال کوتاه و آتش‌سوزی بودند. باتری‌های Li-S از لحاظ زیست‌محیطی نیز پایدارتر هستند زیرا نیازی به کبالت ندارند، که استخراج آن فرآیند انرژی‌بری دارد. گوگرد به طور گسترده موجود و ارزان‌قیمت است.
«تصور کنید یک خودروی برقی که می‌تواند با یک بار شارژ از ملبورن به سیدنی سفر کند یا یک گوشی هوشمند که در چند دقیقه شارژ می‌شود — ما در آستانه عملی کردن این موضوع هستیم»، افزود پتر یووانویچ، پژوهشگر در دانشگاه موناش و نویسنده همکار مقاله‌ای که نتایج پژوهش را در نشریه مواد مهندسی پیشرفته منتشر کرده است.
