باتری EV که با هوا کار می کند؟ لطفا ما را ثبت نام کنید
از آنجایی که بازار خودروهای برقی همچنان در حال افزایش است، برخی از خریداران خودرو همچنان در مورد برد و ایمنی باتری لیتیوم یون نگران هستند. برای رفع این نگرانی های معتبر، پول و زمان زیادی صرف توسعه فناوری های جدید باتری می شود.
در سال‌های اخیر، شرکت‌ها روی باتری قدیمی اما بهبود یافته مبتنی بر آلومینیوم و هوا سرمایه‌گذاری کرده‌اند که پتانسیل پیشرفت چشمگیری در صنعت خودروهای برقی را دارد. باتری آلومینیومی هوا (Al-air) به نظر یک تغییر دهنده بازی باتری خودروهای برقی است، اما آیا این همه تبلیغات است؟
باتری آلومینیومی هوا چیست؟
خودروهای برقی نقشی حیاتی در دستیابی به آینده ای خالص دارند. با این حال، نگرانی از محدوده و سوالات ایمنی در مورد باتری های لیتیوم یون موانعی هستند که مانع رشد بازار خودروهای الکتریکی می شوند. باتری‌های لیتیوم یونی انقلاب EV را رهبری کرده‌اند، اما همچنان به برد 400 مایلی محدود می‌شود که می‌تواند در سفرهای جاده‌ای طولانی مشکلاتی ایجاد کند.
دردسر پیدا کردن یک ایستگاه شارژ در مناطق دورافتاده و منتظر ماندن تا شارژ شدن خودروی برقی شما می‌تواند خریداران بالقوه را منصرف کند. سایر مشکلات باتری لیتیومی، مانند تخریب باتری، نشتی، و شارژ بیش از حد نیز کمک چندانی به آن نمی کند. با تمام فناوری باتری های دیگر موجود، باتری های Al-air بسیار مورد توجه قرار گرفته اند زیرا نیازی به شارژ مجدد ندارند.
مفهوم این باتری ها به دهه 1960 برمی گردد. اما از آنجایی که الکترولیت آن به طور خطرناکی سوزاننده و سمی بود، نمی توان از آن به صورت تجاری استفاده کرد. تروور جکسون، یک افسر مهندسی در نیروی دریایی سلطنتی بریتانیا، آزمایش باتری را در سال 2001 آغاز کرد و استفاده از آن را ایمن کرد. باتری های Al-air از یک صفحه آلیاژ آلومینیوم به عنوان آند، یک کاتد هوا، یک الکترولیت غیر سمی مانند آب و یک کاتالیزور نقره ساخته شده اند.
باتری آلومینیومی هوا چگونه کار می کند؟
باتری های EV سنتی دارای دو الکترود، یک کاتد و یک آند هستند که از مواد مختلف ساخته شده اند و یک الکترولیت در بین آنها وجود دارد. هنگامی که از باتری استفاده می شود، یون ها از آند از طریق الکترولیت به کاتد جریان می یابند. در حین شارژ، یون ها برعکس به سمت آند جریان می یابند.
باتری های Al-air مانند پیل سوختی عمل می کنند. در آند از آلومینیوم و در کاتد از اکسیژن استفاده می کند. نتیجه چگالی انرژی بسیار بالاتر است. حدود هشت تا نه برابر بیشتر از باتری‌های لیتیوم یون فعلی مورد استفاده در خودروهای برقی، افزایش قابل‌توجهی قدرت. چگالی انرژی نشان می دهد که یک باتری چقدر انرژی می تواند در واحد جرم ذخیره کند. چگالی توان اندازه گیری می کند که چه مقدار انرژی لحظه ای می تواند در واحد جرم ارائه کند.
آند با اکسید شدن آلومینیوم الکترون ها را آزاد می کند، در حالی که کاتد اکسیژن را کاهش می دهد تا الکترون ها آزاد شود و در نتیجه انرژی الکتریکی تولید می شود. یک بار می تواند توسط جریان الکتریکی تولید شده توسط الکترون هایی که در یک مدار خارجی حرکت می کنند تغذیه شود. نتیجه نهایی یک پودر سفید است که روی آند تشکیل می شود.
مزایا و معایب باتری های آلومینیومی هوا
آلومینیوم سومین منبع طبیعی رایج در پوسته زمین است و فراوان ترین فلز روی زمین است، بنابراین احتمالاً هرگز تمام نخواهیم شد. به دلیل نرمی آن، کار با آلومینیوم آسان است و برخلاف لیتیوم پایدار است. علاوه بر این، غیر سمی است. مزایای دیگر باتری های Al-air نسبت به باتری های لیتیوم یونی به شرح زیر است:
- ساخت ارزان تر
- ثبات
- ردپای کربن کمتر از نظر استخراج و پالایش
- انرژی بسیار بیشتری را ذخیره می کند
- به دلیل ساخته شدن باتری از آلومینیوم و هوا نسبت به سایر باتری ها سبک تر است
- قابلیت بازیافت بالا
با وجود مزایایی که دارد، این باتری دارای معایبی است. اولاً این عیب این است که باتری اصلی است. در اصل، پس از تخلیه یا خالی شدن باتری، نمی توان آن را دوباره شارژ کرد. علاوه بر این، هوای داخل باتری باعث خوردگی آند آلومینیومی می شود. بنابراین، صفحه آلومینیومی در باتری نیاز به تعویض دارد که می تواند هزینه بر باشد. علاوه بر این، هزینه‌های تولید باتری می‌تواند تحت تأثیر قیمت نوسان نقره موجود در باتری باشد.
مشکلات باتری های لیتیوم یونی
دانشمندان با توجه به معایب باتری های لیتیوم یونی که بر بازار خودروهای برقی تسلط دارند، باتری های بهتری تولید کرده اند. لیتیوم، نیکل و کبالت مورد استفاده در باتری‌های لیتیوم یونی از فلزات خاکی کمیاب هستند که فقط در نقاط خاصی از جهان یافت می‌شوند. در حال حاضر خودروهای برقی 6 درصد از وسایل نقلیه در جاده ها را تشکیل می دهند و استخراج این فلزات به خوبی در حال انجام است. تصور کنید که اعداد EV به 50٪ یا 80٪ می رسد. از دیگر معایب باتری های لیتیوم یونی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- تولید گران است، اگرچه قیمت ها پایین آمده است
- ناپایداری لیتیوم
- استرس روی شبکه ملی
- شبکه های شارژ گران قیمت و پیچیده
- اثرات زیست‌محیطی مرتبط با استخراج و پالایش، اگرچه باتری‌های لیتیومی بیشتری در حال بازیافت هستند.
تعویض باتری در مقابل شارژ مجدد
هنگام در نظر گرفتن تعویض باتری در مقابل شارژ مجدد، باید به عواملی توجه داشت. برای به دست آوردن همان برد در هر بار شارژ، یک بسته باتری 1/8 به اندازه یک باتری لیتیوم یونی مورد نیاز است. با توجه به وزن سبک‌تر باتری‌های Al-air، خودروهای الکتریکی می‌توانند بیشتر سفر کنند و کارایی کلی را افزایش دهند.
همچنین بسته بندی باتری در مکانی در داخل EV که به راحتی در دسترس باشد، آسان تر و راحت تر خواهد بود تا در صورت نیاز بتوان آن را به راحتی تعویض کرد. برخی از شرکت‌ها زمان تعویض باتری خودروهای الکتریکی هوای آلومینیومی را تنها سه دقیقه تخمین زده‌اند که صاحبان خودروهای برقی را سریعاً به جاده باز می‌گرداند.
بر اساس برآوردها، باتری های Al-air حدود 5400 مایل دوام می آورند. سوال این است: چرا کسی به جای شارژ مجدد این مسیر را طی می کند؟ با یک برق الکتریکی Al-air می‌توانید بدون پیدا کردن ایستگاه شارژ، خیلی جلوتر بروید. دلیل دیگر این است که تعویض باتری Al-air تخلیه شده با باتری بازیافتی بسیار ارزان تر از هزینه تعویض باتری تسلا است. از آنجایی که تنها قسمت قابل تعویض صفحات آلومینیومی است که می تواند 100٪ بازیافت شود، شما برای مایل هایی که رانندگی می کنید پرداخت می کنید.
آیا باتری های آلومینیومی هوا آینده هستند؟
امکان استفاده از باتری های Al-air در خودروهای برقی امروزی وجود دارد. این باتری‌ها احتمالاً با رایج‌تر شدن ایستگاه‌های تعویض باتری، محبوبیت بیشتری خواهند داشت. تا آن زمان، می‌توان از آنها برای افزایش برد باتری‌های لیتیوم یونی برقی استفاده کرد و مشکل شارژ مجدد در صورت عدم توانایی را برطرف کرد.
در نهایت، خریداران خودروهای برقی گزینه تعویض باتری یا شارژ مجدد وسایل نقلیه خود را خواهند داشت که در نهایت بازار خودروهای برقی همه کاره‌تری را به نفع همه ایجاد می‌کند. در نتیجه، انتقال به دنیایی که کاملاً مبتنی بر وسایل نقلیه الکتریکی است، تسریع خواهد یافت.