ساخت باتری ماشین که در دمای زیر صفر مثل ساعت کار می‌کند!

عملکرد باتری، اهمیت فراوانی در وسایل خصوصا اتومبیل‌ها دارد. به عنوان منبع نیرو برای خودرو‌های برقی و بسیاری دیگر از روش‌های حمل و نقل پاک، پیشرفت‌ها در فناوری باتری‌ها به چند روش مهم به عملکرد خودرو کمک می‌کند. همانطور که تحقیقات جدید در مورد جزئیات طراحی باتری امیدوارکننده زیر صفر نشان می‌دهد.

دما‌های شدید که به انجماد نزدیک می‌شوند می‌توانند برای باتری‌های لیتیوم یون کاملاً مشکل‌ساز باشند و منجر به تلفات قابل‌توجه انرژی شوند. در زمینه وسایل نقلیه الکتریکی، این می‌تواند به معنای شارژ آهسته و کاهش برد باشد، در حالی که بر سیستم‌هایی مانند ترمز احیا کننده تأثیر می‌گذارد.

به گزارش سایت نیو اطلس، خودروسازانی مانند فورد با سیستم‌های مدیریت حرارتی طراحی شده برای رفع این کاستی‌ها آزمایش کرده‌اند و همچنین شاهد هستیم که گروه‌های تحقیقاتی راه‌حل‌های ابداعی ارائه می‌کنند.

این باتری، شامل حسگر‌های دمایی یکپارچه است که جریان‌های الکتریکی را برای گرم کردن باتری‌ها از داخل تغییر می‌دهد و آن‌ها را بالاتر از دمای انجماد می‌برد تا بتوانند در محیط‌های شدید عملکرد عادی داشته باشند.

نمونه دیگری از سال گذشته بررسی کرد که چگونه دما‌های سرد را می‌توان در طراحی‌های نسل بعدی در نظر گرفت و نشان داد که چگونه باتری‌های فلزی لیتیوم می‌توانند با الکترولیت‌های اتصال ضعیف مجهز شوند که آن‌ها را در دما‌های زیر صفر نگه می‌دارد.

در دستیابی به این دستاورد جدید، دانشمندان یکی از دو الکترود موجود در یک باتری لیتیوم یونی به نام آند را هدف گرفته اند.

به طور معمول، این‌ها از گرافیت ساخته می‌شوند، و تحقیقات اخیر نشان داده است که ماهیت مسطح این آند‌ها به کاهش توانایی باتری در انتقال شارژ در سرما کمک می‌کند؛ بنابراین تیم شروع به آزمایش برخی از گزینه‌های جایگزین کرد و به راه‌حل امیدوارکننده‌ای دست یافت. طراحی جدید با ماده‌ای به نام چارچوب ایمیدازولات زئولیت حاوی کبالت (ZIF-۶۷) آغاز می‌شود که برای ایجاد نانوکره‌های کربنی ۱۲ طرفه تا دمای بالا گرم می‌شود.

این سازه‌های کوچک دارای سطوح ناهمواری هستند که اتفاقاً توانایی انتقال بار الکتریکی بسیار خوبی دارند، بنابراین به سرعت به عنوان یک ماده آند در یک باتری سکه‌ای شکل با کاتد لیتیوم-فلز به کار گرفته شدند.

این آزمایش‌ها نشان داد که باتری می‌تواند هنگام شارژ و دشارژ در دما‌های مختلف از ۷۷ درجه فارنهایت (۲۵ درجه سانتی‌گراد) تا منفی ۴ درجه فارنهایت (۲۰- درجه سانتی‌گراد) پایداری خود را حفظ کند. در دمای زیر صفر، باتری ۸۵.۹ درصد از ظرفیت ذخیره سازی خود را حفظ کرد.

این آزمایش‌ها در کنار سایر طرح‌های باتری لیتیوم یونی انجام شد که مشخص شد در دمای انجماد تقریباً هیچ شارژی در خود نگه نمی‌دارند. حتی با کاهش دما به منفی ۳۱ درجه فارنهایت (۳۵- درجه سانتیگراد)، باتری با آند ناهموار همچنان می‌توانست شارژ شود و تقریباً تمام شارژ خود را در حین تخلیه آزاد کند.

دانشمندان می‌گویند این نتایج نشان می‌دهد که چنین طراحی می‌تواند عملکرد باتری‌های لیتیوم یونی را به محیط‌های شدید گسترش دهد و این ممکن است فقط برای وسایل نقلیه الکتریکی صدق نکند، بلکه همه چیز از هواپیما‌های بدون سرنشین گرفته تا فضاپیما‌ها و بسیاری چیز‌های بین‌المللی را شامل می‌شود.

این تحقیق در ACS Central Science منتشر شده است.