قوی‌ترین باتری جهان می‌تواند برد خودروهای برقی را تا ۷۰٪ افزایش دهد و تلفن‌های همراه را به نازکی کارت اعتباری سازد
قوی‌ترین باتری جهان که توسط محققان دانشگاه فناوری چالمرز در سوئد توسعه یافته، راهکاری برای ذخیره انرژی بدون جرم فراهم می‌سازد که می‌تواند به ساخت تلفن‌های همراه به نازکی کارت اعتباری و یا حتی افزایش برد خودروهای برقی تا ۷۰ درصد کمک کند، یک بیانیه مطبوعاتی گفت.
حتی با افزایش اخیر استفاده از خودروهای برقی، گذار به آینده‌ای که حمل‌ونقل برقی و بدون سوخت‌های فسیلی باشد، همچنان نامشخص باقی مانده است. حمل‌ونقل های بلندمدت با استفاده از کشتی‌ها و هواپیماها به سوخت‌های با چگالی انرژی بالا نیاز دارند که سبک باشند اما مقادیر زیادی انرژی را تحویل دهند.
از طرف دیگر، باتری‌ها انرژی کمتری نسبت به سوخت‌های فسیلی تحویل می‌دهند اما سنگین‌تر هستند که این موضوع باعث افزایش وزن کشتی‌ها یا هواپیماها می‌شود و گذار انرژی را دشوار می‌سازد.
باتری‌های ساختاری یک راه‌حل احتمالی برای مشکل هستند زیرا وظایف تحمل بار در یک دستگاه را بر عهده می‌گیرند و دیگر به عنوان وزن مرده‌ای که باید حمل شود، محسوب نمی‌شوند. در مورد یک وسیله نقلیه، این همچنین مصرف انرژی را کاهش می دهد که به معنی برد بیشتر است.
توسعه باتری‌های ساختاری
یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور لیف اسپ، پروفسور مکانیک مواد و محاسباتی، علوم صنعتی و مواد در دانشگاه چالمرز، تحقیقاتی درباره استفاده از الیاف کربنی برای باتری‌های ساختاری انجام داده‌اند.
در سال ۲۰۱۸، تیم تأیید کرد که الیاف کربنی می‌توانند انرژی الکتریکی را ذخیره کرده و به عنوان الکترودها در باتری‌های لیتیوم-یون استفاده شوند. در سال ۲۰۲۱، تیم استحکام و ظرفیت الکتریکی این باتری را به تراکم انرژی ۲۴ وات‌ساعت بر کیلوگرم (Wh/kg) رساند که در گزارشات اخیر به ۳۰ Wh/kg افزایش یافت.
در حالی که این از ظرفیت ذخیره‌سازی بسته‌های باتری لیتیوم-یون استاندارد بسیار دور است، اما باتری‌های ساختاری نیاز به داشتن این ظرفیت‌های بالا برای مؤثر بودن ندارند.
"ما محاسباتی برای خودروهای برقی انجام داده‌ایم که نشان می‌دهد اگر آنها باتری‌های ساختاری رقابتی داشتند، می‌توانستند تا ۷۰ درصد بیشتر از امروز رانندگی کنند،" گفت اسپ در یک بیانیه .
الیاف کربنی به عنوان الکترودها
باتری ساختاری توسعه یافته در چالمرز از مواد کامپوزیت ساخته شده و از الیاف کربنی برای الکترودهای مثبت و منفی استفاده می‌کند. در تکرارهای قبلی این باتری، هسته الکترود مثبت از فویل آلومینیوم ساخته شده بود. این بار، پژوهشگران الیاف کربنی را با فسفات آهن لیتیوم (LFP) پوشش دادند.
نقش الیاف کربنی محدود به یک الکترود بودن نیست؛ این همچنین به عنوان تقویت کننده، جمع‌کننده جریان، و یک داربست برای ساخت لیتیوم در کاتد عمل می‌کند و در حالی که به عنوان جمع‌آوری کننده الکتریسیته و مواد فعال در آند عمل می‌کند. این اجازه می‌دهد باتری بدون استفاده از موادی مانند مس یا آلومینیوم ساخته شود، که به کاهش وزن کمک می‌کند.
یون‌های لیتیوم در باتری از طریق الکترولیت نیمه‌جامد حمل می‌شوند، ریسک آتش‌سوزی را کاهش می‌دهد . با این حال، باتری هنوز قادر به تحویل توان بالا نیست، که اکنون تیم بر روی آن تمرکز دارد.
پژوهشگران همچنین سختی بسته باتری را افزایش داده‌اند، که به آن امکان می‌دهد بارها را مانند آلومینیوم حمل کند اما با وزن بسیار کمتر. "از نظر خواص چندمنظوره، باتری جدید دو برابر بهتر از نسخه قبلی و در واقع بهترین باتری ساخته‌شده در جهان است،" افزود اسپ.
"می‌توان تصور کرد که تلفن‌های همراه به نازکی کارت اعتباری یا لپ‌تاپ‌هایی که نصف وزن امروزی دارند، نزدیک‌ترین به زمان حال هستند. این امر نیازمند سرمایه‌گذاری‌های بزرگ برای برآورده کردن نیازهای چالش‌برانگیز انرژی صنعت حمل‌ونقل است، اما این تکنولوژی نیز می‌تواند بیشترین تفاوت را ایجاد کند،" اسپ در بیانیه مطبوعاتی نتیجه‌گیری کرد.
یافته‌های تحقیق در مواد پیشرفته منتشر شد.
