آیا QuantumScape فقط یک مشکل 40 ساله باتری را حل کرده است؟


اگر وسایل نقلیه برقی باشد روزی آنها همه ایستگاه های سوخت در جاده های جهان را بیرون می کشند ، آنها به یک نوع باتری کاملاً جدید احتیاج دارند. علیرغم بهبود مداوم چگالی انرژی و طول عمر باتری های لیتیوم یون در دهه گذشته ، سلولهای خودروهای الکتریکی جدید تقریباً در هر شاخص عملکرد از موتورهای احتراق داخلی عقب هستند. برد اکثر وسایل نقلیه الکتریکی کمتر از 300 مایل است ، شارژ مجدد باتری بیش از یک ساعت طول می کشد ، ظرف یک دهه تقریباً یک سوم ظرفیت خود را از دست می دهند و به دلیل مواد قابل اشتعال خطر جدی ایمنی دارند.

راه حل این مشکلات ده ها سال است که شناخته شده است: این باتری SSD نامیده می شود و مبتنی بر یک ایده فریبنده ساده است. به جای الکترولیت مایع معمولی – چیزی که یون های لیتیوم را بین الکترودها حمل می کند – از الکترولیت جامد استفاده می کند. همچنین ، ترمینال منفی باتری که آند آن نامیده می شود ، از فلز خالص لیتیوم ساخته شده است. این ترکیب تراکم انرژی خود را از طریق سقف ارسال می کند ، امکان شارژ سریع را فراهم می کند و خطر آتش سوزی باتری را از بین می برد. اما طی 40 سال گذشته ، هیچ کس نتوانسته است یک باتری نیمه هادی درست کند که مطابق با این وعده باشد – تا اوایل سال جاری ، زمانی که یک پرتاب مخفی به نام QuantumScape ادعا کرد که این مشکل را حل کرده است. او اکنون داده هایی برای اثبات آن در اختیار دارد.

در روز سه شنبه ، برای اولین بار ، بنیانگذار و مدیر عامل شرکت QuantumScape ، Jagdeep Singh نتایج آزمایشات باتری نیمه هادی این شرکت را علناً فاش کرد. سینگ می گوید که باتری تمام چالش های اساسی که در گذشته باتری های نیمه هادی با آن روبرو بوده اند را حل کرده است ، از جمله عمر فوق العاده کوتاه و سرعت شارژ پایین. طبق QuantumScape ، سلول آن می تواند در مدت 15 دقیقه تا 80 درصد ظرفیت خود را شارژ کند ، پس از 800 دوره شارژ بیش از 80 درصد ظرفیت خود را حفظ می کند ، غیر قابل اشتعال است و چگالی انرژی انبوه آن بیش از 1000 وات در لیتر در هر سلول است. سطحی که تقریباً دو برابر چگالی انرژی سلولهای تجاری یون لیتیوم است.

سینگ قبل از اعلام خبر به WIRED گفت: “ما فکر می کنیم اولین کسی است که تصمیم می گیرد یک کشور جامد را تعیین کند.” “هیچ سیستم نیمه هادی دیگری به این مسئله نزدیک نیست.”

باتری QuantumScape تقریباً به اندازه و ضخامت کارت بازی است. کاتد یا ترمینال مثبت آن از اکسید کبالت نیکل منگنز یا NMC ، شیمی رایج در باتری های ماشین الکتریکی ساخته شده است. الکترود یا آند منفی آن از فلز خالص لیتیوم ساخته شده است ، اما دقیق تر اینکه بگوییم هیچ آندی ندارد ، از آنجا که بدون یکی تولید می شود. وقتی باتری در حین استفاده تخلیه می شود ، تمام لیتیوم از آند به کاتد منتقل می شود. جای خالی سمت آند – نازک تر از موی انسان – به طور موقت مانند آکاردئون فشرده می شود. وقتی شارژ باتری شارژ می شود و یون های لیتیوم دوباره در فضای آند غرق می شوند ، این روند معکوس می شود.

ونكات ويسواناتان ، مهندس مكانيكي كه روي باتري هاي فلزي ليتيوم در دانشگاه كار مي كند ، گفت: “اين طراحي بدون آند از اهميت بسياري برخوردار است ، زيرا احتمالاً تنها راهي است كه امروزه مي توان باتري هاي فلزي ليتيوم را با امكانات توليد مدرن ساخت.” کارنگی ملون و مشاور فنی در QuantumScape. “بدون آند یک چالش بزرگ برای جامعه است.”

اما کلید موفقیت در نیمه هادی QuantumScape ، جداکننده سرامیک انعطاف پذیر است که بین کاتد و آند قرار دارد. این ماده ای است که “جامد” را در حالت جامد قرار می دهد. مانند الکترولیت مایع که بین الکترودهای یک سلول معمولی قرار دارد ، عملکرد اصلی آن انتقال یون های لیتیوم از یک ترمینال به ترمینال دیگر هنگام شارژ و تخلیه باتری است. تفاوت در این است که جدا کننده جامد همچنین به عنوان سدی عمل می کند که از دندریت های لیتیوم – پس از اتمام فلزاتی که روی آندهای فلز لیتیوم در طی چرخه های شارژ تشکیل می شوند – محافظت می کند تا از نرم شدن بین الکترودها و ایجاد اتصال کوتاه استفاده شود.


منبع: sadeh-news.ir

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>