یک استارت‌آپ به دنبال توسعه باتری برای قطار و هواپیما

به گزارش خبرگزاری مهر، هرسام استاد دانشگاه نورث وسترن و موسس استارتاپ ولکسیون (Volexion) می‌گوید: فکر می‌کنم هواپیماهای باتری‌دار درآینده وارد بازار می‌شوند. در حال حاضر، ما پهپادهایی داریم که با باتری کار می‌کنند. هواپیماهای بدون سرنشین آشکارا با ۷۴۷ بسیار متفاوت بوده، اما گام مهمی در این مسیر هستند. کامیون های باتری دار در حال حاضر در حال ساخت هستند. قطارها و سپس هواپیماها نیز با باتری کار خواهند کرد.

البته، هیچ یک از این نوآوری‌های انقلابی با باتری های لیتیوم یونی که در حال حاضر در بازار موجود هستند، اتفاق نمی‌افتد. باتری‌های فعلی نه تنها شارژ کافی برای تامین انرژی خودروهای دوربرد را ندارند، بلکه ساعت‌ها طول می‌کشد تا دوباره شارژ شوند، به مرور زمان ظرفیت خود را از دست می‌دهند و وقتی خارج از محدوده پایداری خود قرار می‌گیرند حتی می‌توانند شعله‌ور شوند.

باتری‌های لیتیوم یونی از سه جزء تشکیل شده‌اند: آند (یون‌های لیتیوم را در هنگام شارژ نگه می‌دارد)، کاتد (یون‌های لیتیوم را در هنگام تخلیه نگه می‌دارد) و الکترولیت (یون‌های لیتیوم را انتقال می‌دهد). همانطور که باتری شارژ و تخلیه می شود، یون‌ها به عقب و جلو حرکت می‌کنند. هنگامی که باتری در حال استفاده است، یون‌ها از آند به کاتد می‌روند. هنگامی که باتری شارژ می‌شود، یون‌ها از کاتد به آند بر می‌گردند.

مشکلات معمولاً در سطح مشترک ناپایدار بین الکترولیت و کاتد رخ می‌دهد. برای دادن چگالی انرژی بالا به باتری، کاتد در ولتاژهای بالا کار می‌کند، ولتاژهای بالاتر از توان الکترولیت، الکترولیت را تخریب می‌کند و باعث ایجاد لایه‌ای در سطح کاتد می‌شود. این فیلم مانعی برای یون‌ها ایجاد می‌کند که تلاش می‌کنند به عقب و جلو حرکت کنند و باعث می‌شود ظرفیت باتری در طول زمان کم شود. اگر محفظه باتری آسیب ببیند، خرابی فاجعه بارتر از جمله آتش گرفتن باتری ممکن است رخ دهد.

هرسام گفت: این یک وضعیت ناپایدار است که در آن انواع واکنش‌های شیمیایی ناخواسته رخ می‌دهد. این واکنش‌های شیمیایی منجر به تجزیه الکترولیت می‌شود و ورود و خروج لیتیوم به کاتد یا آند را سخت‌تر می‌کنند. فیلم روی سطح کاتد میزان ذخیره لیتیوم و سرعت شارژ و تخلیه را به خطر می‌اندازد. تخریب الکترولیت همچنین می‌تواند باعث مشکلات ایمنی شود که در تراکم انرژی بالا مورد نیاز برای کار با وسایل نقلیه بزرگ حتی شدیدتر می‌شود.

هرسام که متخصص مواد دو بعدی است، به این فکر می کرد که آیا می‌تواند با پوشاندن کاتد باتری با یک لایه محافظ گرافنی، تخریب ناخواسته را مهار کند. وقتی او این تکنیک را بررسی کرد، نتیجه چشمگیر بود.

روش او با کپسوله‌سازی موفقیت‌آمیز کاتد، منجر به تولید باتری پرانرژی شد که برد رانندگی خودروهای الکتریکی را افزایش می‌دهد، ایمنی را ارتقا می‌بخشد، پایداری را بهبود می‌بخشد و هزینه را کاهش می‌دهد. باتری هرسام نه تنها دو برابر باتری‌های معمولی دوام می‌آورد، بلکه در مقایسه با فناوری‌های پیشرفته ۳۰ درصد تراکم انرژی و ۴۰ درصد چگالی توان بیشتری دارد.

کاتد یک ماده یکپارچه نیست بلکه مجموعه‌ای از ذرات در ابعاد میکرونی است که به صورت یک لایه متراکم فشرده شده است. شاید در مهمترین نوآوری خود، استارت آپ ولکسیون کشف کرده است که چگونه هر ذره را با یک لایه از گرافن بپوشاند.

هرسام گفت: به این ترتیب ما گرافن را دقیقاً در جایی که می‌خواهیم به کار گرفتیم. اگر مقدار زیادی گرافن در محلول وجود داشته باشد، روی هم جمع می‌شود و دانه‌های بزرگی را تشکیل می‌دهد. شما تا حد امکان گرافن کمتری می‌خواهید. در غیر این صورت، فقط وزن باتری را افزایش داده‌اید.