یک پوشش تثبیت‌کننده بر روی الکترود، همراه با کانال‌هایی در مقیاس میکرو، به حل مشکل تعادل میان بُرد (میزان مسافت قابل طی شدن) و سرعت شارژ حتی در دمای پایین کمک می‌کند. فرآیند ساخت اصلاح‌شده‌ای برای باتری خودروهای برقی که توسط مهندسان دانشگاه میشیگان توسعه یافته است، می‌تواند امکان شارژ سریع و بُرد بالا در هوای سرد را فراهم کرده و مشکلاتی را حل کند که بسیاری از خریداران بالقوه خودروهای برقی را دلسرد می‌کند.
این رویکرد به‌گونه‌ای طراحی شده است که تولیدکنندگان باتری خودروهای برقی بتوانند بدون نیاز به تغییرات عمده در کارخانه‌های فعلی خود آن را بپذیرند. برای نخستین بار، راه حلی معرفی شده است که در آن می‌توان به‌طور هم‌زمان به شارژ فوق سریع در دمای پایین دست یافت، بدون اینکه چگالی انرژی باتری لیتیوم-یونی قربانی شود.
باتری‌های لیتیوم-یونی ساخته‌شده با این روش می‌توانند تا ۵۰۰٪ سریع‌تر در دمای ۱۴ درجه فارنهایت (۱۰- درجه سانتی‌گراد) شارژ شوند. ساختار و پوشش توسعه‌یافته توسط تیم تحقیقاتی از شکل‌گیری لایه‌های لیتیومی مخرب بر روی الکترودهای باتری جلوگیری کرد. در نتیجه، این باتری‌ها حتی پس از ۱۰۰ بار شارژ سریع در دمای بسیار پایین، ۹۷٪ از ظرفیت خود را حفظ می‌کنند.
در باتری‌های فعلی خودروهای برقی، ذخیره و آزادسازی انرژی از طریق حرکت یون‌های لیتیوم میان الکترودها و از طریق الکترولیت مایع انجام می‌شود. در هوای سرد، این حرکت کند می‌شود که باعث کاهش توان باتری و سرعت شارژ آن می‌شود. برای افزایش بُرد، خودروسازان ضخامت الکترودها را افزایش داده‌اند. هرچند این کار امکان دستیابی به مسافت‌های طولانی‌تر را فراهم کرده، اما دسترسی به بخشی از مواد فعال موجود در باتری را دشوار کرده و در نتیجه شارژ کندتر و توان کمتر را به همراه دارد.
شماتیک لایه کاتدی با قابلیت شارژ سریع
پیش‌تر، تیم تحقیقاتی دانشگاه میشیگان با ایجاد مسیرهایی در آند (الکترودی که یون‌های لیتیوم را در هنگام شارژ دریافت می‌کند) توانایی شارژ را بهبود داده است.
این مسیرها حدود ۴۰ میکرون قطر داشتند و با لیزر در گرافیت ایجاد شدند تا یون‌های لیتیوم بتوانند سریع‌تر و عمیق‌تر به درون الکترود نفوذ کنند و شارژ یکنواخت‌تری فراهم شود. تیم تحقیق برای جلوگیری از شکل‌گیری لایه سطحی مواد مخرب کاتدی، پوششی از ماده‌ای شیشه‌ای با ترکیب لیتیوم بورات-کربنات و ضخامت حدود ۲۰ نانومتر بر روی باتری ایجاد کرد. افزودن این پوشش باعث افزایش قابل توجه سرعت شارژ در هوای سرد شده است و در ترکیب با کانال‌های میکروسکوپی، سلول‌های آزمایشی تیم ۵۰۰٪ سریع‌تر در دماهای زیر صفر شارژ شدند.
در دو دهه گذشته، خودروهای برقی بیشتر بر جاده‌ها ظاهر شده‌اند، چرا که مصرف‌کنندگان به‌دنبال گزینه‌های سازگار با محیط‌زیست هستند. اما نتایج نظرسنجی نشان داده که حفظ این روند دشوار است. بین سال‌های ۲۰۲۳ تا ۲۰۲۴، تعداد بزرگسالان آمریکایی که تمایل به خرید خودروی برقی نو یا دست‌دوم دارند از ۲۳٪ به ۱۸٪ کاهش یافته است. و ۶۳٪ از افراد اعلام کرده اند که قصد ندارند بار دیگر خودروی برقی خریداری کنند. بخشی از این نگرانی‌ها مربوط به کاهش بُرد در زمستان و کندی شارژ است، که در سرمای شدید ژانویه ۲۰۲۴ نیز به‌وضوح دیده شد.
شارژ یک باتری خودروی برقی حتی با شارژ فوق سریع ۳۰ تا ۴۰ دقیقه زمان می‌برد، و این زمان در زمستان به بیش از یک ساعت می‌رسد.
برای ارجاع به منبع خبر کلیک نمایید.
بیشتر بخوانید:
