ساخت باتری‌های جدید خودروهای الکتریکی بدون فلزات کمیاب
تاریخ انتشار: ۳ بهمن ۱۴۰۲ | کد خبر: ۳۹۵۸۱۹۵۱
شیمیدانان دانشگاه «ام‌آی‌تی»، یک کاتد باتری را از مواد آلی ساخته‌اند که می‌تواند اتکای صنعت خودروهای الکتریکی را به فلزات کمیاب کاهش دهد.
به گزارش ایسنا، بسیاری از خودروهای الکتریکی با باتری‌هایی کار می‌کنند که حاوی کبالت هستند. کبالت، فلزی است که هزینه‌های مالی، زیست‌محیطی و اجتماعی بالایی دارد.
به نقل از ام‌آی‌تی نیوز، پژوهشگران دانشگاه «ام‌آی‌تی»(MIT) اکنون یک ماده را برای باتری طراحی کرده‌اند که می‌تواند راه پایدارتری را برای تامین انرژی خودروهای الکتریکی ارائه دهد.
بیشتر بخوانید:
اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!
این گروه پژوهشی نشان دادند این ماده که با هزینه بسیار کمتری نسبت به باتری‌های حاوی کبالت تولید می‌شود، می‌تواند جریان الکتریکی را با میزان مشابه باتری‌های کبالت هدایت کند. به گفته پژوهشگران، باتری جدید ظرفیت ذخیره‌سازی قابل مقایسه‌ای دارد و می‌تواند سریع‌تر از باتری‌های کبالت شارژ شود.
«میرچا دینکا»(Mircea Dincă) استاد انرژی در دانشگاه ام‌آی‌تی گفت: من معتقدم که این ماده می‌تواند تأثیر زیادی داشته باشد زیرا واقعا خوب کار می‌کند. این ماده در حال حاضر با فناوری‌های کنونی قابل رقابت کردن است و می‌تواند در کاهش دادن هزینه‌ها و مشکلات زیست‌محیطی مربوط به استخراج فلزاتی که در حال حاضر در باتری‌ها استفاده می‌شوند، موثر باشد.
جایگزین‌های کبالت
بیشتر خودروهای الکتریکی از باتری‌های لیتیوم-یونی استفاده می‌کنند. این باتری‌ها زمانی شارژ می‌شوند که یون‌های لیتیوم از یک الکترود با بار مثبت به نام کاتد، به یک الکترود منفی به نام آند جریان می‌یابند. در بیشتر باتری‌های لیتیوم-یونی، کاتد حاوی کبالت است و این فلز، پایداری و چگالی انرژی بالایی را ارائه می‌دهد.
با وجود این، کبالت معایب قابل توجهی دارد. این یک فلز کمیاب است و قیمت آن می‌تواند به شدت در نوسان باشد. استخراج کبالت، شرایط کاری خطرناکی را به وجود می‌آورد و زباله‌های سمی را تولید می‌کند که به آلودگی زمین، هوا و آب اطراف معادن منجر می‌شوند.
دینکا گفت: باتری‌های کبالت می‌توانند انرژی زیادی را ذخیره کنند و همه ویژگی‌هایی را دارند که مردم از نظر عملکرد به آنها اهمیت می‌دهند اما این مشکلات را دارند که به طور گسترده در دسترس نیستند، هزینه آنها همیشه در نوسان است و با انتقال یافتن به نسبت بسیار بالاتری از وسایل نقلیه برقی در بازار مصرف، مطمئنا گران‌تر می‌شوند.
به دلیل معایب فراوان کبالت، پژوهش‌های بسیاری برای توسعه مواد جایگزین انجام شده‌اند. یکی از این مواد، «لیتیوم-آهن-فسفات»(LFP) است که برخی از خودروسازان، استفاده از آن را در خودروهای الکتریکی آغاز کرده‌اند. اگرچه LFP از نظر عملی سودمند است اما تنها حدود نیمی از چگالی انرژی باتری‌های کبالت و نیکل را دارد.
یکی دیگر از گزینه‌های جذاب، مواد آلی هستند اما بیشتر این مواد تاکنون نتوانسته‌اند رسانایی، ظرفیت ذخیره‌سازی و طول عمر باتری‌های حاوی را تامین کنند. به دلیل رسانایی کم، چنین موادی معمولا باید با اتصال‌دهنده‌هایی مانند پلیمرها مخلوط شوند که به آنها در حفظ شبکه رسانا کمک می‌کند. این اتصال‌دهنده‌ها که حداقل ۵۰ درصد از کل مواد را تشکیل می‌دهند، ظرفیت ذخیره‌سازی باتری را پایین می‌آورند.
آزمایشگاه دینکا حدود شش سال پیش، کار کردن روی پروژه‌ای را با بودجه «لامبورگینی»(Lamborghini) آغاز کرد تا نوعی باتری آلی بسازد که بتوان از آن برای تامین کردن انرژی خودروهای الکتریکی استفاده کرد. دینکا و دانشجویانش روی مواد متخلخل کار می‌کردند که تا حدی آلی و تا حدی غیرآلی بودند. آنها متوجه شدند که یک ماده کاملا آلی ساخت آنها ممکن است یک رسانای قوی باشد.
این ماده از لایه‌های زیادی از «بیس تترا آمینو بنزوکینون»((bis-tetraaminobenzoquinone یا (TAQ) تشکیل شده که یک مولکول کوچک آلی شامل سه حلقه شش‌ضلعی ذوب‌شده است. این لایه‌ها می‌توانند در هر جهت به سمت بیرون گسترش یابند و ساختاری را شبیه به گرافیت تشکیل دهند. درون مولکول‌ها، گروه‌های شیمیایی موسوم به «کینون»(Quinone) قرار دارند که مخزن الکترون‌ها هستند و «آمین‌ها»(Amine) که به مواد کمک می‌کنند تا پیوندهای هیدروژنی قوی را تشکیل دهند.
این پیوندهای هیدروژنی، مواد را بسیار پایدار و بسیار نامحلول می‌کنند. این نامحلول بودن مهم است زیرا از حل شدن مواد در الکترولیت باتری جلوگیری می‌کند. این کاری است که برخی از مواد آلی باتری انجام می‌دهند و در نتیجه، طول عمر آن را بالا می‌برند.
دینکا گفت: یکی از روش‌های اصلی تخریب مواد آلی این است که آنها به سادگی در الکترولیت باتری حل می‌شوند، به طرف دیگر باتری می‌روند و یک اتصال کوتاه را ایجاد می‌کنند. اگر مواد را کاملا نامحلول کنیم، این فرآیند اتفاق رخ نمی‌دهد. بدین ترتیب، می‌توانیم بیش از ۲۰۰۰ چرخه شارژ را با حداقل تخریب داشته باشیم.
عملکرد قوی
آزمایش‌های صورت‌گرفته روی این ماده نشان دادند که رسانایی و ظرفیت ذخیره‌سازی آن با باتری‌های سنتی حاوی کبالت قابل مقایسه است. همچنین، باتری‌های دارای کاتد TAQ سریع‌تر از باتری‌های موجود شارژ و دشارژ می‌شوند. این ویژگی می‌تواند سرعت شارژ خودروهای الکتریکی را افزایش دهد.
برای تثبیت کردن مواد آلی و افزایش دادن توانایی آنها برای چسبیدن به عامل جمع‌کننده جریان باتری که از مس یا آلومینیوم ساخته شده است، پژوهشگران موادی مانند سلولز و لاستیک را اضافه کردند. این مواد کمتر از یک دهم کامپوزیت کلی کاتد را تشکیل می‌دهند. بنابراین، ظرفیت ذخیره‌سازی باتری را به میزان قابل توجهی پایین نمی‌آورند. همچنین، این مواد با جلوگیری از ترک خوردن کاتد هنگام جریان یافتن یون‌های لیتیوم به داخل آن هنگام شارژ شدن باتری، طول عمر کاتد باتری را افزایش می‌دهند.
مواد اولیه مورد نیاز برای ساخت این نوع کاتد، یک پیش‌ساز کینون و یک پیش‌ساز آمین هستند که در حال حاضر به صورت تجاری در دسترس قرار دارند و در مقادیر زیادی تولید می‌شوند. پژوهشگران تخمین می‌زنند که هزینه مواد مورد نیاز برای مونتاژ این باتری‌های آلی می‌تواند حدود یک سوم تا یک دوم هزینه باتری‌های کبالت باشد.
آزمایشگاه دینکا قصد دارد به توسعه مواد باتری جایگزین ادامه دهد و در حال بررسی جایگزین کردن لیتیوم با سدیم یا منیزیم است که ارزان‌تر و فراوان‌تر از لیتیوم هستند.
این پژوهش در مجله «ACS Central Science» به چاپ رسید.
انتهای پیام
منبع: ایسنا
کلیدواژه: باتري خودروي الكتريكي کبالت مواد آلی شرکت های دانش بنیان فناوري نانو صندوق نوآوری و شکوفایی خودروهای الکتریکی ظرفیت ذخیره سازی باتری های کبالت مواد آلی باتری ها ام آی تی
درخواست حذف خبر:
«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت www.isna.ir دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «ایسنا» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۹۵۸۱۹۵۱ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.
با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.
خبر بعدی:
خودروهای هر کشور به چه چیزی معروف هستند؟ (+عکس)
خودروهای هر کشور به عوامل مختلفی معروف هستند، از جمله طراحی، کیفیت و دوام، مهندسی، اقتصادی بودن یا حتی تاریخچه و اصل و نسب برند سازنده‌شان.
آلمانبه گزارش پدال، خودروهای آلمانی در جهان بیشتر تکنولوژی و مهندسی پیچیده و جدیدشان شناخته می‌شوند. البته هندلینگ خودروهای آلمانی نیز زبانزد خاص و عام است.
دهه‌های ۱۹۶۰ تا ۱۹۸۰ میلادی شرکت‌های خودروسازی فرانسوی موفق به تولید خودروهای محبوب و نوآورانه شدند که در بازارهای جهانی مورد توجه بسیاری قرار گرفتند. برای مثال پژو ۲۰۵ یک خودرو کوچک و خوش‌ساخت بود کهدر دهه ۱۹۸۰ میلادی توجه زیادی را به خود جلب کرد.
طراحی شیک و عملکرد خوب این خودرو باعث شد که محبوبیت بالایی در اروپا کسب کند. سیتروئن ۲CV نیز یکی از خودروهای معروف فرانسوی است. این خودرو کوچک و سبک در دهه ۱۹۴۰ تا ۱۹۸۰ میلادی تولید شد و به عنوان یکی از خودروهای نمادین فرانسه شناخته می‌شود. طراحی منحصر به فرد و اقتصادی بودن آن باعث شد که مورد توجه بسیاری از مردم قرار گیرد.
شاید امروزه خودروهای فرانسوی جذابیت خاصی نسبت به رقبای کره‌ای، ژاپنی و… خود نداشته باشند اما نباید فراموش کرد نیم قرن پیش خودروهای فرانسوی نه تنها در سطح اروپا، بلکه در سطح جهان محبوب بودند برای همین بهتر است خودروهای فرانسوی را با جمله آشغال‌هایی با گذشته درخشان توصیف کنیم!
به محض اینکه نام خودروی آمریکایی شنیده می‌شود افراد ناخود آگاه یاد خودروهایی عضلانی با با ابهت همراه قدرت بالا و مصرف سوخت زیاد می‌افتند. گرچه محصولات آمریکایی نیز ابهت چند دهه پیش خود را ندارند؛ اما هنوز قابلیت رقابت با رقیبان آسیایی و اروپایی را دارند. در آینده شاید تسلا به‌جای ماسل‌کارها سمبل خودروهای آمریکایی باشد.
در لحظه اول ممکن است گمان کنید انگلیس در صنعت خودروسازی چندان قوی ظاهر نشده اما می‌دانید که لوکس‌ترین خودروهای دنیا ساخت انگلیس است. بنتلی، رولزرویس، آستون مارتین، رنجروور و جگوار کمپانی‌های انگلیسی با محصولات اشرافی و لوکس هستند.
برای آشنا شدن با ویژگی‌های یک خودروی ژاپنی کافیست فقط چند عکس یا ویدیو از نحوه استفاده از این خودروها در کشورهایی همچون استرالیا یا امارات ببینید. به جرعت می‌توان گفت هیچ خودرویی مانند ساخته‌های تویوتا و هوندا و نیسان سخت جان و با دوام و کم استهلاک نیستند. البته بعضی از برندهای ژاپنی مانند لکسوس یا اینفینیتی در ساخت خودروهای با کیفیت و لوکس هم تبحر دارند.
به محض شنیدن اسم ایتالیا یاد ابر خودروهایی مانند ساخته‌های لامبورگینی و فراری می‌افتیم. خودروهای ایتالیایی علاوه بر پرفورمنس بالا، طراحی بسیار زیبا و ظریفی دارند. با نگاهی به طراحی محصولات شرکت‌هایی همچون لامبورگینی، فراری، مازراتی و آلفارومئو می‌توانیم اعجاز در طراحی را مشاهده کنیم.
ولوو شرکتی چند ملیتی سوئدی است که فعالیت اصلی آن ساخت خودروهای سنگین است. اما این شرکت خودروهای سبک نیز تولید می‌کند. ساخته‌های ولوو در جهان بیشتر با عنوان خودروهایی با امنیت بالا شناخته می‌شوند. ولوو همواره به ارزیابی و آزمایش ایمنی خودروهای خود پرداخته و به طور مرتب استانداردهای ایمنی را ارتقا داده است. به طور کلی، خودروهای ولوو به عنوان یکی از ایمن‌ترین خودروهای موجود در بازار شناخته می‌شوند و در بیشتر آزمون‌های ایمنی جهانی، عملکرد بسیار خوبی از خود نشان داده‌اند.
در اکثر نقاط جهان کسی در مورد خودروهای چینی اطلاعات زیادی ندارد اما در ایران همه افراد با خودروهای چینی اشنایی دارند. خودروهای چینی در ایران بیشتر با عنوان خودروهایی پر زرق و برق اما بی کیفیت و بی اصالت شناخته می‌شوند.
برای توصیف ساخته‌های خودروسازان داخلی فقط کافیست از دو کلمه: بدنه حلبی و کیفیت افتضاح استفاده کرد!
جاده کندوان یک طرفه شد