الکترولیت گازی راه حلی نوین برای باتری لیتیومی

الکترولیت باتری‌های لیتیومی به عنوان مهم‌ترین نقطه‌ی ضعف آن‌ها محسوب می‌شوند. حرکت به سمت الکترولیت‌های حالت جامد به عنوان یکی از راه حل‌های رسیدن به باتری با چگالی انرژی و ایمنی بیشتر شناخته می‌شود اما این فناوری اغلب در کاربردهای دما پایین و یا سرعت‌های شارژ بالا عملکرد خوبی را به نمایش نمی‌گذارد.

یکی از راه‌کارهای جایگزین که به رفع این نقطه ضعف و ساخت باتری‌های مقرون به صرفه کمک می‌کند، استفاده از الکترولیت‌هایی است که در دمای محیط بصورت گازی هستند و تحت فشار بالا مشابه با گاز مایع استفاده شده در خودروها (LPG) به حالت مایع در آمده است. این الکترولیت‌های گازی اولین بار در سال 2017 توسط دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو UCSD و تحت نظارت Shirley Meng معرفی شده‌اند. توسعه‌ی این فناوری توسط شرکت South 8 Technologies و با نام تجاری LiGas پیگیری می‌شود.

این الکترولیت در باتری‌های استوانه‌ای و یا مکعبی که دارای بدنه‌ای مستحکم هستند، قابلیت بکار گیری دارد و با انواع مواد فعال باتری مانند گرافیت، سیلیکون، لیتیوم فسفات آهن و یا NCM سازگاری دارد. الکترولیت‌های مایع مرسوم معمولا بازه‌ی کاری صفر تا 45 درجه سانتی‌گراد را دارند. این محدودیت باعث می‌شود تا مسافت قابل پیمایش خودروهای الکتریکی در محیط سردسیر بین 16 تا 46 درصد افت کند. اما نتایج منتشر شده از الکترولیت‌های گازی به کار رفته در سلول‌های استوانه‌ای 18650، بیان‌گر قابلیت استفاده از باتری در بازه‌ی دمایی منفی 60 تا مثبت 60 درجه‌ی سانتی‌گراد است در حالی که در دمای منفی 40 درجه، باتری مذکور 75 درصد از ظرفیت خود را حفظ می‌کند.

تحقیقات انجام شده در زمینه‌ی الکترولیت‌های گازی تحت حمایت مالی سازمان تحقیقات پیشرفته‌ی وزارت انرژی آمریکا (ARPA-E) نشان دهنده‌ی حفظ 96 درصدی انرژی اولیه‌ی باتری در دمای منفی 20 درجه سانتی‌گراد است در حالی که الکترولیت‌های استاندارد تنها 5 درصد از ظرفیت اسمی خود را در این دما به نمایش می‌گذارند.

الکترولیت‌های گازی به دلیل ویسکوزیته کمتر و تحت فشار بودن، نفوذ بیشتری را در ساختار الکترودهای باتری دارند و امکان استفاده از الکترودهای ضخیم‌تر با چگالی انرژی بیشتر را ممکن می‌سازند. بعلاوه زمان فرماسیون اولیه‌ی باتری با استفاده از این الکترولیت کوتاه‌تر می‌شود که خود منجر به نیاز کمتر به تجهیزات فرماسیون و کاهش هزینه‌ی تولید باتری می‌شود.

پک باتری خودروی الکتریکی از چند صد سلول جداگانه‌ی باتری تشکیل شده است. در صورت بروز اتصال کوتاه و آتش‌سوزی در هر یک از سلول‌های موجود و تداوم این وضعیت تا حدود 5 دقیقه، آتش به سایر سلول‌های باتری سرایت کرده و منجر به ایجاد حریق در کل پک باتری می‌شود. اما با ایجاد تخریب در بدنه‌ی باتری‌های حاوی الکترولیت فشرده شده، این مایع با کاهش فشار محیطی، به سرعت به حالت گاز تبدیل شده و از سلول باتری خارج می‌شود. لذا زمان آتش‌سوزی در باتری‌های حاوی الکترولیت فشرده شده، تنها به چند ثانیه می‌رسد که مانع از سرایت اتش به سایر بخش‌های پک باتری می‌شود. طبق آزمایش‌های انجام شده، زمان آتش سوزی در این نوع باتری‌ها به حداکثر 6 ثانیه می‌رسد.

ارسال دیدگاه