با روی آوردن خودروها به سمت مصرف انرژی سبز و برق، مهندسان بر روی بهبود کارایی و عملکرد باتری‌ها تمرکز کردند. یکی از انواع باتری‌هایی که در خودروهای برقی از آن استفاده می‌شود باتری حالت جامد است. تفاوت اصلی این باتری با سایر باتری‌ها همان‌طور که از نامش پیداست، جامد بودن است. یعنی در این باتری به‌جای استفاده از الکترولیت معمولی که به شکل ژل (یا مایع) است، از الکترولیت جامد استفاده می‌شود. همین تغییر حالت در ماده اصلی باتری سبب می‌شود که انرژی و قدرت آن در تامین نیروی حرکتی خودرو بالا رود. در ادامه مطلب شما را بیشتر با این نوع باتری آشنا می‌کنیم و به بررسی مزایا و معایبش می‌پردازیم.
همراه اکستریم مگ باشید
مزایا و معایب تغییر حالت الکترولیت در باتری خودرو
این نوع از باتری مزایای هیجان‌انگیزی دارد. بااین‌حال معایب آن نیز قابل توجه هستند. پس در ابتدا به بررسی مزایای آن می‌پردازیم.
مزایای باتری حالت جامد خودرو
- انرژی را در مدت زمان بیشتری نگه می‌دارد.
- طول عمر باتری بیشتر است.
- مدت زمان شارژ آن سریع‌تر است.
- در شرایط مختلف آب‌وهوایی به‌خصوص سرما عملکرد بهتری دارد.
- چون الکترولیت آن مایع نیست، احتمال انفجار و آتش گرفتن در آن پایین‌تر است.
- به سیستم خنک‌کننده جداگانه مثل باتری‌های لیتیوم یونی احتیاج ندارند.
- به دلیل بی‌نیازی از سیستم خنک‌کننده، نسبت به باتری‌های لیتیوم یونی حجم کمتری دارند.
معایب باتری حالت جامد در خودروها
- یک فناوری جوان است و تولید آن برای خودرو بسیار پرهزینه است، خصوصا در سطوح انبوه.
- نمی‌توان به‌سادگی نیاز تعداد زیادی از خودروها را برطرف کرد. چون هنوز کارخانه‌ها گنجایش تولید آن را ندارند.
- مدت زمان زیادی طول می‌کشد که به عرضه برسد. (طبق بیانیه‌ای از طرف برخی کمپانی‌های ذی‌نفع، تولید آن بعد از سال 2030 برای خودروها رسمی و انبوه می‌شود.)
- طراحی آن هنوز به حالت پایدار نرسیده است و مشکلاتی دارد. مثلا به علت جامد بودن الکترولیت، ممکن است حین ساخت باتری این ماده بشکند.
پیشنهاد ما: هیدروژن یا برق؛ کدام فناوری آینده خودروها را رقم خواهد زد؟
باتری حالت جامد دقیقا چیست؟
باتری‌های لیتیوم یونی تا سال‌ها پیش یک ظهور شگفت‌انگیز در صنعت انرژی به شمار می‌رفتند. مبحوس کردن انرژی و حمل آن از جمله مهم‌ترین وظایفی است که به باتری واگذار می‌شود. وقتی وظیفه اصلی باتری مشخص شد، فعالان حوزه صنایع و انرژی متوجه برخی از ضعف‌ها و کمبودها در عملکرد آن شدند. به همین دلیل سعی کردند با خلاقیت و تحقیق، یک نوآوری دیگر در مسیر باتری‌سازی داشته باشند و ظرفیت آن را افزایش دهند.
چند وقتی است باتری‌هایی خودشان را بر زبان انداخته‌اند (و البته در دستگاه‌های مختلفی استفاده می‌شوند) که در کنار خودشان عبارت “حالت جامد” را به یدک می‌شکند. باتری‌هایی با نام SSB (مخفف عبارت Solid-State Battery) که نسخه ارتقاء یافته باتری‌های قدیمی‌تر هستند.
عبارت “حالت جامد” دقیقا ویژگی مهم باتری‌ها را بیان می‌کند، یعنی جامد بودن آن‌ها. شاید برای برخی سوال باشد که مگر باتری‌ها از همان اول جامد نبوده‌اند؟ باید بگوییم که خیر. بدنه باتری‌ها، برخی از بخش‌های دیگر و به‌خصوص اجزایی از باتری که راحت‌تر آن‌ها را می‌بینیم از همان اول جامد بوده‌اند. اما یکی از مهم‌ترین بخش‌های باتری الکترولیت است که در باتری‌های قدیمی‌تر ژلی یا مایع بود. اما در باتری حالت جامد، به یک ماده سفت و سخت تبدیل شده است.
انواع الکترولیت
- پلیمری: دارای انعطاف بیشتری است، اما برای این‌که عملکرد صحیحی داشته باشد به گرمای زیادی نیاز دارد.
- سرامیکی: یک رسانای عالی محسوب می‌شود اما در مقابل فشار آسیب‌پذیر است و دچار شکستگی می‌شود.
- شیشه‌ای: هم‌اکنون هنوز هم در مراحل آزمایشی به سر می‌برد. طبق گفته‌ها بهترین نوع الکترولیت جامد مورد استفاده در باتری است.
نقش الکترولیت در باتری
الکترولیت یک واسط است که بین دو قطب باتری قرار می‌گیرد و انرژی را در بین آن‌ها به جریان می‌اندازد. پس مهم‌ترین عملکردی که باتری از خودش نشان می‌دهد به واسطه همین بخش است. گرچه همه اجزای باتری به‌نوبه خود مهم هستند، اما الکترولیت چیز دیگری است. چون مثل خون در رگ‌های انسان عمل می‌کند که درنهایت نیرو به وسیله نیازمند در بیرون از باتری منتقل شود.
برای این‌که درک بهتری از نقش الکترولیت داشته باشید، باید باتری را به سه بخش اصلی تقسیم کنیم. این سه بخش عبارتند از کاتد، آند و الکترولیت. وقتی شروع به استفاده از باتری خودرو می‌کنید، یون‌های تجمع‌یافته در آند از طریق الکترولیت به کاتد می‌رسند که انرژی مورد نیاز برای شروع حرکت فراهم شود. حین شارژ کردن باتری این روند معکوس می‌شود، یعنی الکترولیت واسطی بین یون‌هایی است که حالا از طرف کاتد به‌طرف آند سرازیر می‌شوند.
نکته قابل توجه این است که به‌علت جامد بودن الکترولیت فقط یون‌ها قابلیت جابه‌جا شدن دارند و الکترون‌ها از مسیر آن‌ها رد نمی‌شوند. این دقیقا همان مزیت باتری حالت جامد خودرو است که با ایمنی مورد قبول خود از آتش‌سوزی جلوگیری می‌کند. چون وقتی الکترولیت از عبور الکترون‌ها ممانعت کند، احتمال انفجار نیز بسیار کاهش پیدا می‌کند.
کلام آخر
دنیای درهم‌تنیده تکلنونوژی و صنعت هر روزه ما را با نوآوری‌ها و پیشرفتی که ارائه می‌دهند غافل‌گیر می‌کنند. یکی از جذاب‌ترین‌ها بین این غافل‌گیری‌ها در صنعت خودروسازی اتفاق می‌افتد. مثل باتری حالت جامد خودرو که این وسیله را از دشمنی با محیط‌زیست کنار کشیده است. دوستی خودرو با طبیعت علاوه‌بر این‌که بر سلامت کره زمین تاثیر شگفت‌انگیزی دارد، باعث می‌شود کارایی خودروها نیز بهینه‌تر شود.
پیشنهاد ما: نکات مهم نگهداری از خودروهای برقی
