- شرکت چینی CATL، بزرگ‌ترین تولیدکننده باتری خودروهای برقی جهان، فناوری باتری لیتیوم‌ـ‌هوا را به‌عنوان یکی از مسیرهای تحقیقاتی بلندمدت خود دنبال می‌کند؛ فناوریای با چگالی انرژی نظری بسیار بالا که در محاسبات تئوری می‌تواند زمینه‌ساز افزایش چشمگیر برد خودروهای برقی شود.
- پوشش تحلیلی تخصصی در حوزه فناوری.
- گزارش اختصاصی بازبینیشده توسط هیئت تحریریه کراپلود پلاس.
CATL روی باتری لیتیوم‌ـ‌هوا تحقیق می‌کند؛ آیا خودروهای برقی به برد ۲۰۰۰ کیلومتری می‌رسند؟
شرکت چینی CATL، یکی از بزرگ‌ترین بازیگران صنعت باتری خودروهای برقی، فناوری باتری لیتیوم‌ـ‌هوا (Lithium-Air) را به‌عنوان یکی از مسیرهای تحقیقاتی بلندمدت خود دنبال می‌کند. این فناوری به دلیل چگالی انرژی نظری بسیار بالا، توجه پژوهشگران و فعالان صنعت خودرو را به خود جلب کرده است.
برخی محاسبات نظری نشان می‌دهند که باتری‌های مبتنی بر این شیمی در آینده می‌توانند زمینه‌ساز پیمایش بیش از ۲۰۰۰ کیلومتر با یک بار شارژ شوند؛ بااین‌حال، چنین بردی تاکنون در یک خودروی تولیدی یا نمونه آزمایشی متعلق به CATL به نمایش گذاشته نشده است.
باتری لیتیوم‌ـ‌هوا چگونه کار می‌کند؟
در باتری‌های لیتیوم‌ـ‌یون متداول، انرژی از طریق جابه‌جایی یون‌های لیتیوم میان دو الکترود ذخیره و آزاد می‌شود. اما در فناوری لیتیوم‌ـ‌هوا، اکسیژن موجود در محیط به‌عنوان یکی از مواد واکنش‌دهنده مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در زمان تخلیه شارژ، لیتیوم با اکسیژن واکنش می‌دهد و معمولاً پراکسید لیتیوم (Li₂O₂) تشکیل می‌شود. هنگام شارژ، این واکنش باید در جهت معکوس انجام شود تا باتری دوباره انرژی ذخیره کند.
مزیت اصلی این ساختار آن است که باتری برای انجام واکنش به ذخیره‌سازی یک ماده کاتدی سنگین درون سلول به شکل متداول نیاز ندارد و می‌تواند اکسیژن را از محیط دریافت کند. همین ویژگی، ظرفیت نظری بسیار بالایی برای ذخیره انرژی ایجاد می‌کند.
چگالی انرژی ۳۵۰۵ وات‌ساعت بر کیلوگرم؛ یک عدد نظری
یکی از اعداد مطرح‌شده درباره این فناوری، چگالی انرژی نظری حدود ۳۵۰۵ وات‌ساعت بر کیلوگرم است. این رقم چندین برابر چگالی انرژی بسیاری از باتری‌های لیتیوم‌ـ‌یون امروزی است.
اما یک نکته مهم وجود دارد: این عدد به ظرفیت نظری واکنش شیمیایی مربوط می‌شود و نباید آن را با چگالی انرژی یک سلول کامل یا بسته باتری خودرو اشتباه گرفت.
در یک باتری واقعی، وزن الکترودها، الکترولیت، جداکننده‌ها، محفظه محافظ و تجهیزات مدیریت هوا نیز باید محاسبه شوند. بنابراین عدد واقعی در سطح بسته باتری به‌مراتب کمتر خواهد بود.
ادعای پیمایش ۲۰۰۰ کیلومتری نیز بر پایه ظرفیت بالقوه این شیمی مطرح شده است، نه آزمایش موفق یک خودروی مجهز به باتری لیتیوم‌ـ‌هوای CATL.
سه مانع بزرگ در مسیر تجاری‌سازی
با وجود ظرفیت نظری چشمگیر، فناوری لیتیوم‌ـ‌هوا هنوز با مشکلات فنی مهمی روبه‌روست.
۱. حساسیت به رطوبت و آلودگی هوا
این باتری‌ها برای دریافت اکسیژن به محیط بیرون وابسته‌اند؛ اما هوای معمولی علاوه بر اکسیژن، حاوی رطوبت و دی‌اکسیدکربن نیز هست.
این مواد می‌توانند واکنش‌های ناخواسته‌ای ایجاد کنند و به الکترودها و الکترولیت آسیب برسانند. همچنین محصولات جانبی واکنش ممکن است منافذ الکترود را مسدود کرده و عملکرد باتری را کاهش دهند.
به همین دلیل، یک باتری لیتیوم‌ـ‌هوای مناسب خودرو به سامانه‌ای برای تصفیه هوا، کنترل رطوبت و مدیریت جریان اکسیژن نیاز خواهد داشت. چنین تجهیزاتی وزن، حجم و مصرف انرژی مجموعه را افزایش می‌دهند.
۲. دشواری شارژ مجدد و عمر مفید
یکی از چالش‌های اصلی این فناوری، بازگرداندن واکنش شیمیایی به حالت اولیه هنگام شارژ است.
تجزیه محصولات حاصل از تخلیه شارژ به انرژی زیادی نیاز دارد و ممکن است واکنش‌های جانبی، به‌مرور باعث تخریب الکترولیت و الکترودها شوند.
در نتیجه، دستیابی به تعداد چرخه‌های شارژ و تخلیه بالا، بدون افت محسوس ظرفیت، همچنان یکی از مسائل مهم پژوهشی است.
۳. وزن و پیچیدگی تجهیزات جانبی
حتی اگر سلول باتری به چگالی انرژی بالایی دست پیدا کند، تجهیزات موردنیاز برای دریافت و تصفیه هوا می‌توانند بخشی از این مزیت را کاهش دهند.
خودروهای برقی علاوه بر ظرفیت ذخیره انرژی، به توان خروجی مناسب، مدیریت حرارتی، ایمنی و عملکرد پایدار در شرایط آب‌وهوایی متفاوت نیاز دارند. بنابراین دستیابی به یک عدد چشمگیر در آزمایشگاه، به‌تنهایی برای ساخت باتری مناسب خودرو کافی نیست.
CATL چه زمانی این فناوری را عرضه می‌کند؟
وو کای، دانشمند ارشد CATL، فناوری لیتیوم‌ـ‌هوا را در میان مسیرهای تحقیقاتی بلندمدت این شرکت مطرح کرده است. بااین‌حال، CATL تاکنون زمان مشخصی برای تولید انبوه یا عرضه تجاری باتری‌های لیتیوم‌ـ‌هوای خود اعلام نکرده است.
در حال حاضر، فناوری‌هایی مانند باتری‌های سدیم‌یونی و باتری‌های تمام‌جامد در اولویت‌های نزدیک‌تر این شرکت برای توسعه و تجاری‌سازی قرار دارند.
بنابراین، اگرچه باتری لیتیوم‌ـ‌هوا از نظر تئوری ظرفیت تغییر چشمگیر صنعت خودروهای برقی را دارد، رسیدن به برد ۲۰۰۰ کیلومتری هنوز یک هدف اثبات‌نشده است؛ نه قابلیتی که بتوان انتظار داشت به‌زودی در خودروهای تولید انبوه مشاهده شود.
هنوز دیدگاهی ثبت نشده است. اولین نفر باشید.