انقلاب باتریها در صنعت خودروهای الکترونیکی

در آمریکا با توجه به وسعت زیاد این کشور متوسط مسافت طی‌شده در هر بار رانندگی با خودرو چیزی حدود 30+ کیلومتر است. با توجه به قدرت فعلی ماشین‌های الکترونیکی، انرژی ذخیره‌شده در آنها بسیار کم است و همین امر موجب می‌شود رانندگان همواره بابت میزان سوخت خود نگران باشند. به همین دلایل است که رانندگان در آمریکا و سایر نقاط جهان ترجیح می‌دهند ماشین‌های دیزلی بخرند تا با یک بار سوخت‌گیری حداقل یکی دو هفته دغدغه‌ای نداشته باشند و خیالشان از بابت تامین سوخت خودرو آسوده باشد.

ماریک والتر، مدیر پروژه سیستم‌های ذخیره انرژی متحرک در شهر درسدن آلمان روی باتری جدیدی کار می‌کند که با یک بار شارژ آن خودروی الکترونیکی می‌تواند هزار کیلومتر مسافت را طی کند.

والتر می‌گوید: این پروژه برای توسعه ظرفیت باتری‌ها از حدود سه سال پیش شروع شده و در این مدت محققان توانسته‌اند به موفقیت‌های قابل توجهی که حتی در ذهن نیز نمی‌گنجد دست پیدا کنند. البته نقطه کلیدی این پروژه، عمومی کردن طرح برای استفاده همه افراد است که به‌زودی آغاز خواهد شد.

با توجه به آنکه خودروهای الکتریکی در کاهش آلودگی هوا نقش موثری دارند و دولت‌ها نیز بعضا سعی می‌کنند با پرداخت تسهیلات، شهروندان خود را به استفاده از خودروهای الکترونیکی ترغیب کنند، انتظار می‌رود در سال‌های آتی اقبال مردمی در جهان به آنها افزایش یابد. از سوی دیگر، افزایش میزان نگهداشت شارژ آنها در کنار سرمایه‌گذاری ابرشرکت‌های فناوری مانند تسلا روی ساخت خودروهای الکترونیکی، امكان تبدیل شدن این خودروها به اولویت اول مردم جهان را افزایش می‌دهد.

آخرین مدل خودروی جدید الکترونیکی کمپانی تسلا یعنی S 100D از قدرت یک باتری 100 کیلو واتی بهره می‌برد. این باتری توان آن را دارد که تا 540 کیلومتر نیروی محرکه خودرو را تامین کند. این باتری البته بسیار بزرگ است و 16 فیت طول، شش فوت عرض و چهار اینچ ضخامت دارد. باتری بزرگ این خودرو از بیش از هشت هزار سلول لیتیوم یونی تشکیل شده است که در داخل سلول‌های باتری قرار دارند و هریک به صورت جداگانه بسته‌بندی شده‌اند.

والتر می‌گوید: ما باید باتری بسازیم که نهایتا چنین ابعادی داشته باشد و البته میزان مسافتی که می‌شود با آن طی کرد، از 540 کیلومتر به 1000 کیلومتر برسد تا امکان استفاده بدون دغدغه از خودروی الکترونیکی فراهم شود.

والتر معتقد است یکی از راهکارها برای دستیابی به این هدف، اصلاح مواد داخل باتری است که کمک می‌کند با بالا بردن کیفیت مواد باتری، امکان بالا رفتن بهره‌وری آن به‌وجود آید.

البته به‌جز اصلاح مواد داخل باتری، یکی دیگر از راه‌ها تغییر طراحی کلی باتری به‌منظور افزایش کارایی آن است. نزدیک به 50 درصد هر باتری به اجزای داخلی آن مانند کاتد (قطب مثبت) و آند (قطب منفی) و الکترولیت مایع که به حمل‌ونقل ذرات باردار اختصاص داده‌شده، مربوط است.

والتر معتقد است باید سایر قطعات غیرضروری از باتری حذف شوند تا فضای بیشتری برای بالا بردن ظرفیت اضافی در آن ایجاد شود. برای این کار همکاران والتر قصد دارند یک بار دیگر باتری خودرو را بازطراحی کنند. در سیستم بازطراحی‌شده این باتری، به جای قفسه و جعبه از ورق‌های نازک استفاده شده که داخل باتری را شبیه به یک سیلندر می‌کند. ورقه‌های فلزی نازکی که با پودر سرامیک مخلوط شده‌اند با چسبی پلیمری پوشش داده می‌شوند و با این تمهید یک طرف به‌عنوان کاتد و سمت دیگر به‌عنوان آند عمل می‌کند.

به این ترتیب با حذف تجهیزات غیرضروری داخل باتری، فضا برای افزایش الکترودهای آن و افزایش ظرفیت باتری ایجاد می‌شود.

هدف محققانی که روی این طرح کار می‌کنند، آن است که تا سال 2020 این باتری جدید را روانه بازار کنند. مطمئنا یکی از مهم‌ترین چالش‌های سازندگان این باتری جدید، مجاب کردن کمپانی‌های بزرگ تولید خودروی الکترونیکی به استفاده از تولیدات آنها است.

در حال حاضر بسیاری از سازندگان خودروهای الکترونیکی خودشان در حال ساخت باتری‌های ویژه این خودروها هستند. برای نمونه، کمپانی خودروسازی تویوتا اعلام کرده ظرف چند سال آینده باتری را ارایه خواهد کرد که برای مدت زمان نسبتا طولانی رانندگان خودروهای الکترونیکی این شرکت را از شارژ مجدد بی‌نیاز می‌کند.

اواخر سال گذشته میلادی، هیسائو یاماشیگه، محققی که روی  پروژه توسعه باتری تویوتا کار می‌کند، اعلام کرد باتری لیتیومی یونی که در طول چند سال آتی ارایه می‌شود، سطح فناوری و عملکرد باتری‌های خودروهای الکترونیکی تویوتا را به شکل چشمگیری بهبود می‌بخشد.

تویوتا و تسلا موتورز که هر دو خودروهای الکترونیکی می‌سازند رقابتی تنگاتنگ برای ارایه باتری‌های قوی‌تر و کارآمدتر با یکدیگر دارند.

گفته می‌شود تویوتا توانسته با استفاده از محققانی که در چهار دانشگاه معتبر ژاپن کار می‌کنند، شیوه حرکت یون‌های لیتیوم در داخل الکترودها را به شکل مناسب‌تری تجزیه و تحلیل کند و همین امر پیش‌زمینه‌ای است که به آنها کمک می‌كند در نسخه‌های بعدی باتری‌هایی که ارایه می‌دهند توان نگهداشت انرژی باتری و میزان مسافتی را که می‌توان با خودروی برقی طی کرد، بهبود بخشند.

در عرصه رقابت برای ساخت باتری‌های خودروهای الکترونیکی اما کمپانی‌های بزرگ خودروسازی مانند تویوتا و تسلا تنها نیستند و در این سال‌ها شرکت‌های مستقلی نیز از گوشه‌وکنار جهان سربرآورده و شروع به فعالیت کرده‌اند. شرکت تنکت‌وو، یك شرکت آمریکایی-فنلاندی نیز مدتی است به این عرصه وارد شده و قصد دارد نسخه‌های کارآمدی از باتری‌های خودرویی را ارایه دهد.

این شرکت با ایجاد محفظه‌ای به جای باتری، در خودروهای الکترونیکی برق مورد نیاز این خودروها را تامین می‌کند. در این محفظه تعدادی شبکه‌های سلولی قرار می‌گیرد که به‌طور تصادفی در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند. هر شبکه سلولی تخم‌مرغی کوچک حاوی سلول‌های لیتیوم-یونی و واحد پردازش داخلی است، سیستم نحوه تماس میان شبکه‌ها را نقشه‌برداری می‌کند و از این طریق بازدهی را به شکل قابل توجهی افزایش می‌دهد.

زمان بارگیری سلول‌های این باتری‌ها فقط سه دقیقه است و به این ترتیب دیگر دغدغه صرف زمان طولانی برای شارژ باتری خودروهای الکترونیکی نیز از بین می‌رود.

با توجه به وسعت فعالیت‌های شرکت‌های مختلف در زمینه ساخت باتری برای خودروهای الکترونیکی می‌توان امیدوار بود که ظرف یک دهه آتی زمینه لازم برای همه‌گیر شدن خودروهای الکترونیکی و انقلابی وسیع در این صنعت به‌وجود آید.