باتری هوشمند SemiSolid 24M: افزایش چشمگیر بُرد، کاهش هزینه و پایان اضطراب رانندگی با خودروی برقی (EV)

علی‌ رغم کاهش اخیر علاقه در آمریکا به سمت خودروهای الکتریکی، تکنولوژی باتری همچنان در حال پیشرفت است. اخیراً، یک نوآوری امیدوارکننده که از کشف یک آزمایشگاه در مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) نشأت گرفته، مورد توجه قرار گرفته است. شرکت «24M Technologies» مستقر در کمبریج ادعا می‌کند که ساختار باتری «SemiSolid» (نیمه‌جامد) آن – که برای کار با انواع مختلفی از فناوری‌ های موجود طراحی شده است – می‌تواند بُرد و زمان شارژ خودروهای برقی را به طرز چشمگیری بهبود بخشد یا اندازه و هزینه باتری را کاهش دهد. این سیستم جدید ETOP (Electrode-to-Pack یا الکترود به پک) نامیده شده و به نظر می‌رسد که می‌تواند پس از معماری «Cell-to-Pack» (سلول به پک)، گام بزرگ بعدی در پیشرفت باتری‌ ها باشد. در ادامه، جزئیات ادعاهای این شرکت را بررسی می‌کنیم.

مشکل اصلی در پَک‌ های باتری امروزی چیست؟

به گزارش بخش اخبار خودرو زوم تک به نقل از WriterManufacturerIllustrator،اغلب باتری‌های خودروهای برقی امروزی مانند عروسک‌های تودرتو ساخته می‌شوند. ابتدا، تولیدکنندگان، سلول‌های کوچک و مجزا را می‌سازند که هر کدام در پوشش و مواد محافظ مخصوص به خود پیچیده شده‌اند. سپس این سلول‌ها در ماژول‌ها گروه‌بندی می‌شوند و در نهایت این ماژول‌ها در یک پَک باتری به هم متصل می‌شوند. این روش ایمن و اثبات شده است، اما کارایی لازم را ندارد. اگرچه معماری «سلول به پک» بخشی از این اتلاف را کاهش می‌دهد، اما 24M می‌گوید که تنها ۳۰ تا ۶۰ درصد از حجم یک پک باتری معمولی خودروی برقی به ذخیره‌سازی انرژی اختصاص دارد. بقیه حجم فقط پوشش، یا به عبارتی «وزن مُرده» (Dead Weight) است.

ETOP چه تفاوتی در طراحی باتری‌ ها ایجاد می‌کند؟

سیستم ETOP شرکت 24M این روال را کاملاً تغییر می‌دهد. به جای پیچیدن مواد ذخیره‌کننده انرژی در داخل صدها – یا حتی هزاران – سلول مجزا، خود الکترودها در فیلم‌های پلیمری نازک مهر و موم شده و مستقیماً در پَک باتری روی هم چیده می‌شوند. خبری از پوشش‌های اضافی، ماژول‌ها و حداقل اتلاف فضا نیست.

نتیجه چیست؟ اکنون تا ۸۰ درصد از حجم پک باتری، مواد فعال (بخشی که واقعاً انرژی را ذخیره می‌کند) است. این امر باعث افزایش چگالی انرژی می‌شود که می‌تواند به معنای بُرد رانندگی طولانی‌تر، پَک‌های باتری کوچک‌تر/ارزان‌تر یا ترکیبی از هر دو باشد.

سلول‌ های باتری ETOP 24M شبیه چه چیزی هستند؟

هر الکترود با یک ماده الکترولیت پوشانده می‌شود، سپس یک جداکننده در بالا و بین الکترود دیگر رول می‌شود. این جفت سپس در داخل یک فیلم پلیمری نازک مهر و موم می‌شود. خود جداکننده «Impervio» شرکت 24M شامل یک لایه رسانا است که بین دو لایه عایق پلی‌اتیلن (PE) قرار گرفته است. ادعا می‌شود که این فناوری اختصاصی به طور فعال از رشد دندریت‌های فلزی که باعث اتصال کوتاه سلول می‌شوند و در صورت گسترش زیاد، می‌توانند باعث آتش‌سوزی شوند، جلوگیری می‌کند. این سلول‌های نازک همچنان به صورت جداگانه قابل آدرس‌دهی باقی می‌مانند تا سیستم مدیریت باتری (BMS) بتواند ولتاژ و خطاها را نظارت کند. برخلاف سلول‌های منشوری (Prismatic Cells) که از مواد الکترودی غوطه‌ور در الکترولیت قابل اشتعال و مشترک تشکیل شده‌اند، در اینجا الکترولیت به صورت جداگانه با الکترودها مهر و موم شده است.

باتری «SemiSolid» (نیمه‌ جامد) در اینجا به چه معناست؟

الکترولیت اختصاصی «Eternalyte» شرکت 24M یک مایع است که ادعا می‌شود هدایت یونی بالایی را با شیمی‌های کاتدی مختلف ارائه می‌دهد تا سرعت شارژ بسیار سریع را امکان‌پذیر سازد – مانند ادعای ۲۰۰ مایل بُرد در کمتر از چهار دقیقه. همچنین ادعا می‌شود که Eternalyte عملکرد بالایی را در دماهای پایین (۴۰- درجه سانتی‌گراد) نیز حفظ می‌کند. در واقع، 24M عبارت «SemiSolid» را برای اشاره به فرآیند تولید خود ثبت تجاری کرده است، فرآیندی که نیازی به چسباننده (Binders) یا عوامل خشک‌کننده ندارد. الکترودهای نیمه‌جامد حاصل که شبیه خمیر هستند، ضخیم‌ترند، اما شامل مواد فعال باتری بسیار بیشتری هستند که ادعا می‌شود چگالی انرژی را بیشتر بهبود می‌بخشد.

این فناوری برای رانندگان خودروهای برقی چه معنایی دارد؟

یک پک ۷۵ کیلووات‌ساعتی (که در خودروهای برقی سایز متوسط امروزی رایج است) می‌تواند با استفاده از همان مواد شیمیایی و همان فضای اشغال‌شده، بیش از ۱۰۰ کیلووات‌ساعت انرژی را در خود جای دهد – این یعنی تقریباً ۳۳ تا ۵۰ درصد افزایش بُرد. همچنین، خودروسازان می‌توانند از مواد شیمیایی ارزان‌تر و ایمن‌تر مانند LFP (لیتیم-آهن فسفات) استفاده کنند و در عین حال بُرد فعلی را حفظ نمایند. این بدان معناست که خودروهای برقی می‌توانند بدون به خطر انداختن قابلیت استفاده، مقرون‌به‌صرفه‌تر شوند.

مزیت ساختاردهی (Packaging) باتری ETOP

فرآیند تولید 24M علاوه بر حذف مواد غیرفعال، به بسته‌های الکترود/جداکننده اجازه می‌دهد تا در هر اندازه و شکلی برش داده شوند و در نتیجه می‌توانند بهتر با فضاهای استفاده نشده در یک وسیله نقلیه (مانند بال‌های یک هواپیمای برقی) سازگار شوند. در خودروها، این می‌تواند منجر به کف‌های پایین‌تر برای فضای پای بهتر و فضای بار بیشتر شود.

آیا ساخت باتری‌ های 24M ارزان‌ تر است؟

شرکت 24M ادعا می‌کند که فرآیند آن شامل مراحل تولید دقیق کمتری است که در نتیجه، هزینه‌های کارخانه را کاهش می‌دهد، بازدهی را بالا می‌برد و فرآیند کنترل کیفیت را ساده‌تر می‌کند. با تغییر ساده جهت قرارگیری سلول‌ها، می‌توان آن‌ها را به راحتی به صورت موازی یا سری سیم‌کشی کرد، که دستیابی به ولتاژ مورد نظر را آسان‌تر می‌کند، به عنوان مثال، ۴۸ ولت برای هیبریدی‌ها یا پَک‌های ۴۰۰/۸۰۰ ولتی قابل تعویض برای شارژ سریع، و غیره.

تصویر بزرگ فناوری باتری ETOP

ETOP را معادل طراحی باتری به روشی در نظر بگیرید که همیشه می‌توانید لباس‌های کثیف بیشتری را در چمدان دستی خود جا دهید، اگر مجبور نباشید آن‌ها را با دقت تا کرده و به یک شکل خاص قرار دهید. با حذف فضای بیهوده، فناوری 24M می‌تواند مسیری را برای توسعه خودروهای برقی و سایر وسایل نقلیه الکتریکی با بُرد طولانی‌تر و سرعت شارژ فوق‌العاده سریع، خودروهای برقی ارزان‌تر به طور کلی، یا به طور بالقوه همه این مزایا به طور همزمان در آینده ایجاد کند – همه چیزهایی که مصرف‌کنندگان اکنون به دنبال آن هستند.

آیا ETOP شرکت 24M یک عامل تغییردهنده بازی (Game Changer) در صنعت باتری خواهد بود؟ امیدواریم چنین باشد، اما توضیحات بالا از ادعاهای منتشر شده توسط خود شرکت در این هفته و بر اساس بهترین نتایج امیدوارکننده آزمایشگاهی گرفته شده است. متأسفانه، مطالب منتشر شده کمی از سوی کارشناسان باتری در مورد این ادعاها وجود دارد و مسیر توسعه معمولاً مسیری طولانی است. با این حال، ما قطعاً تمام تلاش خود را می‌کنیم تا این پیشرفت داخلی به هدف خود برسد.