مهندسان دانشگاه کرنل یک باتری لیتیومی جدید ساخته‌اند که می‌تواند در کمتر از پنج دقیقه شارژ شود.
به گزارش تک‌ناک،این باتری لیتیومی جدید که سریع‌تر از هر باتری دیگری در بازار شارژ می‌شود ، عملکرد پایداری را در طول چرخه‌های شارژ و تخلیه شارژطولانی مدت حفظ می‌کند.
این پیشرفت می‌تواند «اضطراب برد» را در بین رانندگانی که نگران عدم امکان طی مسافت‌های طولانی توسط خودروهای برقی بدون نیاز به شارژ مجدد زمان‌بر هستند، کاهش دهد.
اضطراب برد یا Range Anxiety به نگرانی و اضطرابی گفته می‌شود که رانندگان خودروهای برقی در مورد مسافت قابل پیمایش با یک بار شارژ کامل باتری احساس می‌کنند.اضطراب برد می‌تواند تجربه رانندگی با خودروهای برقی را ناخوشایند کند و مانع از پذیرش گسترده این نوع خودروها شود.
لیندن آرچر، استاد مهندسی و رئیس دانشکده مهندسی کرنل که نظارت بر این پروژه را بر عهده داشت، گفت: «اضطراب برد، مانع بزرگ‌تری برای الکتریکی‌سازی در حمل‌ونقل نسبت به هر مانع دیگری مانند هزینه و توانایی باتری‌ها است و ما با استفاده از طراحی‌های منطقی الکترود، راهی برای حذف آن پیدا کرده‌ایم. اگر بتوانید باتری یک خودروی برقی را در پنج دقیقه شارژ کنید، خب، دیگر نیازی به داشتن باتری‌ای که برای برد ۳۰۰ مایلی کافی باشد، ندارید. می‌توانید با برد کمتر کنار بیایید، که می‌تواند هزینه خودروهای برقی را کاهش دهد و پذیرش گسترده‌تر آن‌ها را امکان‌پذیر سازد.»
مقاله این تیم به تازگی در مجله ژول منتشر شده است. نویسنده اصلی شو جین، دانشجوی دکترای مهندسی شیمی و بیومولکولی است.
باتری‌های لیتیوم-یونی جزء محبوب‌ترین روش‌های تامین انرژی خودروهای برقی و گوشی‌های هوشمند هستند. این باتری‌ها سبک، قابل اعتماد و نسبتاً کم مصرف هستند. با این حال، شارژ آن‌ها ساعت‌ها طول می‌کشد و توانایی مدیریت جهش‌های بزرگ جریان را ندارند.
محققان ایندیوم را به عنوان یک ماده فوق‌العاده امیدوارکننده برای باتری‌های شارژ سریع شناسایی کردند. ایندیوم یک فلز نرم است که بیشتر برای ساخت پوشش‌های اکسید ایندیوم قلع برای نمایشگرهای لمسی و پنل‌های خورشیدی استفاده می‌شود.
مطالعه جدید نشان می‌دهد که ایندیوم به عنوان آند باتری دارای دو ویژگی مهم است: یک سد انرژی مهاجرت بسیار کم که سرعت انتشار یون‌ها در حالت جامد را تعیین می‌کند؛ و یک چگالی جریان تبادلی متوسط که با سرعت کاهش یون‌ها در آند مرتبط است. ترکیب این ویژگی‌ها – انتشار سریع و واکنش سطحی کند – برای شارژ سریع و ذخیره‌سازی طولانی‌مدت ضروری است.
نوآوری‌ها در طراحی باتری
آرچر گفت: «نوآوری کلیدی این است که ما یک اصل طراحی را کشف کرده‌ایم که به یون‌های فلزی در آند باتری اجازه می‌دهد آزادانه حرکت کنند، پیکربندی مناسب را پیدا کنند و تنها در آن زمان در واکنش ذخیره بار شرکت کنند. نتیجه نهایی این است که در هر چرخه شارژ، الکترود در یک حالت مورفولوژیکی پایدار قرار دارد. این دقیقاً همان چیزی است که به باتری‌های شارژ سریع جدید ما توانایی شارژ و دشارژ مکرر در هزاران چرخه را می‌دهد.»
این فناوری، در کنار شارژ القایی بی‌سیم در جاده‌ها، اندازه و هزینه باتری‌ها را کاهش می‌دهد و حمل‌ونقل الکتریکی را به گزینه‌ای قابل‌قبول‌تر برای رانندگان تبدیل می‌کند.
با این حال، این بدان معنا نیست که آندهای ایندیوم کامل یا حتی عملی هستند.
آرچر گفت: «در حالی که این نتیجه هیجان‌انگیز است، زیرا به ما یاد می‌دهد که چگونه به باتری‌های شارژ سریع دست پیدا کنیم، ایندیوم سنگین است. در آنجا فرصتی برای مدل‌سازی شیمی محاسباتی با استفاده از ابزارهای هوش مصنوعی تولیدکننده وجود دارد تا به ما بگوید چه مواد شیمیایی سبک دیگری می‌توانند به همان اعداد Damköhler ذاتی پایین دست یابند. به عنوان مثال، آیا آلیاژهای فلزی ناشناخته‌ای وجود دارند که دارای ویژگی‌های مطلوب باشند؟ رضایت من از آنجا ناشی می‌شود که یک اصل کلی در حال کار است که به هر کسی اجازه می‌دهد تا یک آند باتری بهتر طراحی کند که به سرعت‌های شارژ سریع‌تر از فناوری‌های پیشرفته دست یابد.»
