۵ فناوری باتری که می‌توانند آینده خودرو‌های برقی را متحول کنند

باتری‌های لیتیوم‌یونی همچنان بر بازار خودروهای برقی تسلط دارند، اما فناوری‌هایی مانند باتری‌های سدیم‌یونی، حالت‌جامد، لیتیوم‌گوگرد، منیزیم‌یونی و روی‌محور در حال توسعه‌اند و می‌توانند آینده حمل‌ونقل برقی را تغییر دهند.

کد خبر: ۴۴۰۳۵۱

تاریخ : ۰۳ شهريور ۱۴۰۵ - ۱۰:۲۰

نوشته

به گزارش شهرآرانیوز؛ بعید است باتری‌های لیتیوم-یونی به این زودی‌ها از خودرو‌های برقی کنار گذاشته شوند. این باتری‌ها به لطف دهه‌ها توسعه، کاهش هزینه‌ها و شکل‌گیری یک اکوسیستم تولیدی بالغ، همچنان بر بازار تسلط دارند.

با این حال، پژوهشگران و شرکت‌های تولیدکننده باتری در حال بررسی گزینه‌های جایگزینی هستند که می‌توانند وابستگی به لیتیوم و سایر مواد اولیه حیاتی را کاهش دهند، ایمنی را بهبود بخشند یا چگالی انرژی بسیار بالاتری ارائه کنند. برخی از این فناوری‌ها در حال ورود به مرحله تولید هستند، در حالی که برخی دیگر همچنان در مرحله آزمایش قرار دارند. در ادامه، پنج فناوری باتری معرفی می‌شوند که می‌توانند آینده خودرو‌های برقی را دگرگون کنند.

۱. باتری‌های سدیم-یونی

باتری‌های سدیم-یونی را می‌توان نزدیک‌ترین گزینه جایگزین برای باتری‌های لیتیوم-یونی دانست که در حال حاضر به سمت تجاری‌سازی گسترده‌تر پیش می‌رود. این باتری‌ها بر اساس اصولی مشابه باتری‌های لیتیوم-یونی کار می‌کنند، اما به جای لیتیوم از سدیم، عنصری فراوان و به طور گسترده در دسترس، استفاده می‌کنند.

این فناوری در حال حاضر توسط تولیدکنندگان بزرگی از جمله CATL و BYD در حال توسعه و افزایش ظرفیت تولید است و خودرو‌های برقی مجهز به باتری‌های سدیم-یونی نیز در چین وارد بازار شده‌اند.

نقطه ضعف این فناوری، چگالی انرژی آن است. جدیدترین سلول‌های سدیم-یونی می‌توانند به چگالی انرژی حدود ۱۷۵ وات‌ساعت بر کیلوگرم برسند؛ در حالی که این میزان برای باتری‌های LFP تا حدود ۲۰۵ وات‌ساعت بر کیلوگرم و برای برخی باتری‌های NMC حدود ۲۶۵ وات‌ساعت بر کیلوگرم است.

این موضوع باعث می‌شود باتری‌های سدیم-یونی، دست‌کم در مراحل اولیه، برای خودرو‌های برقی کوچک‌تر، وسایل نقلیه شهری و کاربرد‌های تجاری که حداکثر برد حرکتی اهمیت کمتری دارد، مناسب‌تر باشند.

{$sepehr_key_242311}

۲. باتری‌های حالت‌جامد

باتری‌های حالت‌جامد، الکترولیت مایع قابل اشتعال موجود در سلول‌های متداول لیتیوم-یونی را با یک ماده جامد جایگزین می‌کنند.

این فناوری می‌تواند ایمنی را افزایش دهد و چگالی انرژی بسیار بالاتری فراهم کند، به ویژه اگر با آند‌های لیتیوم-فلزی ترکیب شود. این ویژگی در نهایت می‌تواند به افزایش بُرد خودرو‌های برقی بدون افزایش چشمگیر اندازه یا وزن باتری منجر شود.

بزرگ‌ترین چالش، تولید است. تولید سلول‌های حالت‌جامد همچنان پرهزینه و دشوار است و تولید آنها در مقیاس بالا با چالش‌های فنی مواجه است. همچنین مزایای واقعی این فناوری همچنان باید در بسته‌های باتری خودرو‌های برقی تولید انبوه اثبات شود.

آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) معتقد است این فناوری با سرعت زیادی در حال پیشرفت است، اما تجاری‌سازی کامل آن همچنان یک چالش مهندسی قابل توجه محسوب می‌شود.

۳. باتری‌های لیتیوم-گوگرد

باتری‌های لیتیوم-گوگرد می‌توانند جهشی قابل توجه در چگالی انرژی ایجاد کنند و به همین دلیل برای خودرو‌های دوربرد و انواع سنگین‌تر حمل‌ونقل برقی جذاب هستند.

گوگرد فراوان و ارزان است و این شیمی باتری می‌تواند از نظر وزنی، مقدار انرژی بسیار بیشتری نسبت به باتری‌های لیتیوم-یونی متداول امروزی ذخیره کند.

آژانس بین‌المللی انرژی، باتری‌های لیتیوم-گوگرد را یکی از فناوری‌های نوظهوری می‌داند که می‌تواند برای کاربرد‌های نیازمند چگالی انرژی بسیار بالا، از جمله کامیون‌های برقی، قایق‌ها و هواپیماها، مفید باشد.

با این حال، دوام همچنان یکی از موانع اصلی این فناوری است. طراحی‌های کنونی ممکن است با طول عمر چرخه‌ای محدود و مشکلات فنی دیگری مواجه باشند که تاکنون مانع تجاری‌سازی گسترده آنها شده است.

یک تحلیل مقایسه‌ای جدید نیز نشان داده است که طراحی‌های فعلی باتری‌های لیتیوم-گوگرد با چالش‌هایی در زمینه هزینه و مسائل زیست‌محیطی مواجه هستند.

{$sepehr_key_242312}

۴. باتری‌های منیزیم-یونی

باتری‌های منیزیم-یونی، لیتیوم را با منیزیم جایگزین می‌کنند؛ عنصری فراوان که از نظر تئوری می‌تواند به ازای هر یون، دو الکترون را منتقل کند، در حالی که یون لیتیوم یک الکترون منتقل می‌کند.

این ویژگی بالقوه می‌تواند به باتری‌های مبتنی بر منیزیم اجازه دهد مقدار قابل‌توجهی انرژی ذخیره کنند. منیزیم همچنین فراوان‌تر است و می‌تواند فشار بر زنجیره تامین لیتیوم را کاهش دهد.

مشکل اینجاست که یون‌های منیزیم با مواد موجود در باتری برهم‌کنش شدیدی دارند. همین موضوع توسعه الکترود‌ها و الکترولیت‌هایی را که بتوانند در چرخه‌های متعدد شارژ و تخلیه، عملکرد موثری داشته باشند، دشوار می‌کند.

در حال حاضر، فناوری منیزیم-یونی عمدتا در مرحله تحقیق و توسعه قرار دارد و هنوز برای استفاده تجاری در خودرو‌های برقی آماده نیست.

۵. باتری‌های مبتنی بر روی

باتری‌های مبتنی بر روی به دلیل فراوانی و قیمت نسبتا پایین روی و همچنین امکان استفاده از طراحی‌های ایمن‌تر مورد توجه قرار گرفته‌اند؛ به ویژه در سیستم‌های آبی که از الکترولیت‌های مبتنی بر آب استفاده می‌کنند.

فناوری‌هایی مانند باتری‌های روی-یونی و روی-هوا برای ذخیره‌سازی انرژی و کاربرد‌های دیگر در حال توسعه هستند.

از مزایای بالقوه آنها می‌توان به هزینه کمتر مواد اولیه و کاهش خطر آتش‌سوزی اشاره کرد.

با این حال، چالش اصلی این فناوری‌ها چگالی انرژی و قابلیت شارژ مجدد است. باتری‌های مبتنی بر روی همچنان به پیشرفت‌های قابل‌توجهی نیاز دارند تا بتوانند با باتری‌های لیتیوم-یونی در خودرو‌های سواری برقی رقابت کنند؛ زیرا در خودرو‌ها وزن و حجم باتری اهمیت زیادی دارد.

برخی پژوهش‌های پیشرفته در زمینه باتری‌های روی، طول عمر چرخه‌ای چشمگیری را نشان داده‌اند، اما بخش زیادی از این فناوری در حال حاضر بیشتر برای ذخیره‌سازی ثابت انرژی مناسب است تا خودروها.

{$sepehr_key_242313}

آینده باتری ممکن است یک برنده واحد نداشته باشد

محتمل‌ترین سناریو این نیست که یک فناوری واحد در تمام انواع خودرو‌ها جایگزین باتری‌های لیتیوم-یونی شود.

باتری‌های سدیم-یونی می‌توانند نیروی مورد نیاز خودرو‌های شهری مقرون به صرفه را تامین کنند، باتری‌های حالت‌جامد می‌توانند برای خودرو‌های برقی ممتاز و دوربرد مورد استفاده قرار گیرند و باتری‌های لیتیوم-گوگرد نیز در آینده ممکن است امکان استفاده از حمل‌ونقل برقی سنگین‌تر را فراهم کنند.

سایر ترکیبات شیمیایی نیز ممکن است جایگاه خود را در کاربرد‌های تخصصی پیدا کنند.

در حال حاضر، باتری‌های لیتیوم-یونی همچنان فناوری هستند که رقبا باید بتوانند از آن پیشی بگیرند. اما رقابت برای ساخت جایگزین یا جایگزین‌های آن، همین حالا نیز با سرعت در جریان است.

منبع: ایسنا