گجت نیوز آخرین اخبار تکنولوژی، علم و خودرو 
دانشمندان چینی موفق به ساخت باتری حالت جامد جدیدی شدهاند که تنها ظرف 3 دقیقه شارژ میشود. آیا دوران باتریهای LFP به پایان نزدیک شده است؟
محققان آکادمی علوم چین از توسعه نسل جدیدی از باتریهای حالت جامد لیتیوم – فلز خبر دادهاند که به چگالی انرژی بسیار بالای 451.5 کیلووات ساعت رسیده است. این عدد حیرت انگیز میتواند تحول بزرگی در صنعت باتری و خودروهای برقی ایجاد کند. موضوع مهمتر این است که این باتری حتی در شرایط شارژ فوق سریع نیز عملکرد پایداری از خود نشان داده است. پژوهشگران اعلام کردهاند که باتری توانسته در نرخ شارژ 20C، چرخههای پایداری را حفظ کند.
باتری جدید حالت جامد چینیها
اگر این فناوری در مقیاس صنعتی قابل پیادهسازی باشد، میتواند مسیر توسعه خودروهای برقی، ذخیرهسازی انرژی و دستگاههای الکترونیکی را به طور چشمگیری تغییر دهد، زیرا هم ظرفیت انرژی بالاتری ارائه میدهد و هم زمان شارژ را به شکل چشمگیری کاهش خواهد داد.
مؤسسه تحقیقات فلزات وابسته به آکادمی علوم چین اعلام کرده که نتایج این پژوهش در مجله معتبر Journal of the American Chemical Society منتشر شده است. عنوان این مقاله به بررسی روشی نوین برای بهبود شیمی حلالپوشی در باتریهای لیتیوم – فلز میپردازد. این روش با استفاده از پلیمرها و حلالهای سازگارکننده، پایداری و عملکرد باتریهای پرانرژی را افزایش میدهد. این تحقیق بخشی از تلاشهای گسترده برای توسعه باتریهای حالت جامد با ظرفیت بیشتر، ایمنی بالاتر و قابلیت شارژ فوق سریع محسوب میشود.
- وقتی باتری خودروی هیبریدی از بین میرود چه اتفاقی میافتد؟
- وقتی باتری خودرو الکتریکی از بین برود چه اتفاقی میافتد؟
حل یکی از مهمترین مشکلات الکترولیتهای پلیمری
تمرکز اصلی این تحقیق روی الکترولیتهای پلیمری ساخته شده از مادهای به نام PVDF بود. این پلیمر به دلیل پایداری بالا در برابر اکسیداسیون و توانایی مناسب در انتقال یونها، یکی از گزینههای مهم برای باتریهای حالت جامد به شمار میرود.
اما الکترولیتهای مبتنی بر PVDF یک مشکل جدی دارند: نرمکنندههایی که معمولا برای بهبود انعطافپذیری و هدایت یونی به آنها اضافه میشوند، از نظر الکتروشیمیایی چندان پایدار نیستند. در نتیجه، این مواد در محل تماس الکترود و الکترولیت به تدریج تجزیه میشوند و عملکرد باتری بهویژه در ترکیب با آندهای لیتیوم – فلز و کاتدهای ولتاژبالا کاهش پیدا میکند.
برای رفع این مشکل، پژوهشگران روشی جدید موسوم به «نرمسازی با حلال سازگارکننده» توسعه دادند. در این روش، ابتدا از یک حلال فرّار استفاده میشود تا پلیمر و نرمکنندههای پایدار بتوانند بهتر با یکدیگر ترکیب شوند. سپس هنگام تشکیل لایه الکترولیت، این حلال تبخیر میشود و مواد فعال درون ساختار پلیمری باقی میمانند. به بیان ساده، این روش کمک میکند الکترولیت هم پایدارتر باشد و هم عملکرد بهتری در شارژ سریع و باتریهای پرانرژی ارائه دهد. این مسئله یکی از چالشهای کلیدی در توسعه نسل بعدی باتریهای حالت جامد محسوب میشود.
به گفته پژوهشگران، این روش جدید باعث شکلگیری یک لایه محافظ پایدار و غنی از لیتیوم فلوراید در مرز بین الکترولیت و الکترودها شده است. وجود این لایه اهمیت زیادی دارد، زیرا میتواند از واکنشهای ناخواسته و مخرب در سطح الکترودها جلوگیری کند. در نتیجه، هم آند و هم کاتد پایداری بیشتری پیدا میکنند و باتری در طول چرخههای شارژ و تخلیه عملکرد قابلاعتمادتری ارائه میدهد. به زبان ساده، این لایه مانند یک سپر محافظ عمل میکند که فرسایش شیمیایی داخل باتری را کاهش داده و عمر و کارایی آن را بهبود میبخشد.
- میانگین عمر مفید باتری خودروی نو چقدر است؟
- بیوایدی غیرممکن را ممکن کرد؛ شارژ کامل باتری خودروهای برقی فقط در چند ثانیه!
عملکرد پایدار حتی در شارژ فوق سریع
طبق نتایج منتشر شده، این باتری توانسته در شرایط بسیار سنگین شارژ و تخلیه با نرخ 20C که تقریبا معادل شارژ کامل در حدود ۳ دقیقه است، تا 700 چرخه عملکرد پایدار داشته باشد و پس از آن همچنان حدود 81.9 درصد از ظرفیت اولیه خود را حفظ کند. پژوهشگران این عملکرد را با استفاده از یک کاتد نیکل بالا با ولتاژ 4.7 ولت به دست آوردند. این ترکیب معمولا فشار زیادی به ساختار باتری وارد میکند.
علاوه بر این، تیم تحقیقاتی موفق شد یک سلول پاکتی در ابعاد واقعیتر و در سطح آمپرساعت بسازد. این سلول با استفاده از آند نازک لیتیوم – فلز و نسبت N/P برابر با 1.1، به چگالی انرژی بسیار بالای 451.5 کیلووات ساعت رسید که این رقم بیش از دو برابر بسیاری از باتریهای تجاری LFP مورد استفاده در خودروهای برقی امروزی است.
یکی از مهمترین بخشهای آزمایش، تست نفوذ میخ بود. این آزمایش سختگیرانه برای ارزیابی ایمنی باتری انجام میشود. این سلول بدون بروز رفتار خطرناک از این تست عبور کرد و پژوهشگران آن را نشانهای از ایمنی ذاتی بالای فناوری جدید دانستند.
رقابت شدید چین برای نسل بعدی باتریها
دستاورد جدید پژوهشگران چینی گوشهای از موج گستردهای است که نشان میدهد صنعت باتری چین با سرعت زیادی به سمت باتریهای حالت جامد حرکت میکند. هدف اصلی اکنون رسیدن به مرز 500 کیلووات ساعت است که این عدد میتواند تحولی اساسی در خودروهای برقی و ذخیرهسازی انرژی ایجاد کند.
شرکت Ganfeng Lithium اعلام کرده که باتری حالتجامد 400 کیلووات ساعتیاش توانسته بیش از 1100 چرخه را پشت سر بگذارد و مرحله اعتبارسنجی مهندسی را نیز کامل کند. این شرکت همچنین تولید محدود یک نمونه 10 آمپرساعتی در کلاس 500 کیلووات ساعتی را آغاز کرده است. در همین حال، استارتاپ چینی Pure Lithium نیز اعلام کرده که باتری حالت جامد آن حتی پس از آزمایش سخت برش فیزیکی همچنان سرپا مانده و این موضوع نشان دهنده ایمنی بالای این فناوری است. این شرکت همچنین گفته ظرفیت تولید سالانهاش اکنون به 500 مگاوات ساعت رسیده است.
همزمان، شرکتهای بزرگی از جمله CATL، Sunwoda و Farasis Energy نیز برنامههای مشخصی برای تجاریسازی باتریهای حالت جامد بین سالهای 2026 تا 2027 اعلام کردهاند. رقابت فعلی نشان میدهد که صنعت باتری وارد مرحلهای شده که دیگر فقط افزایش برد خودروهای برقی مطرح نیست، بلکه شارژ چنددقیقهای، ایمنی بالاتر و کاهش وزن باتریها به اهداف اصلی تبدیل شدهاند.
- کابوس مکانیکها: این بدترین مکان برای باتری خودرو است!
- ۳ دلیل که باید تعویض باتری خودروی برقی خود را به متخصص بسپارید
با وجود موج باتریهای حالت جامد، LFP هنوز پادشاه بازار چین است
گرچه شرکتهای چینی با سرعت زیادی در حال توسعه باتریهای حالت جامد هستند، اما بازار فعلی خودروهای برقی چین همچنان به طور گسترده در اختیار باتریهای لیتیوم آهن فسفات یا همان LFP قرار دارد. دادههای منتشر شده توسط China EV DataTracker نشان میدهد این فناوری همچنان ستون اصلی صنعت باتری چین محسوب میشود.
در صدر بازار، CATL قرار دارد که با نصب 19.53 گیگاوات ساعت باتری، نزدیک به 39 درصد بازار را در اختیار گرفته است. پس از آن، بی وای دی با 10.49 گیگاوات ساعت و سهم 20.9 درصدی در جایگاه دوم قرار گرفته است. شرکتهای دیگری مثل Gotion High-tech، CALB و Eve Energy نیز سهم قابل توجهی از بازار را در اختیار دارند. در همین حال، شرکتهایی مثل Sunwoda علاوه بر تولید گسترده باتریهای LFP، به صورت همزمان روی فناوری حالت جامد نیز سرمایهگذاری میکنند.
نکته جالب اینجاست که برخی شرکتهای متوسط رشد بسیار سریعی را تجربه کردهاند. برای مثال، Rept Battero Energy رشد سالانه 45.69 درصدی ثبت کرده، Zenergy حدود 58 درصد رشد داشته و Yinpai Battery بیش از دو برابر شده است. این آمار نشان میدهد که هرچند آینده احتمالا متعلق به باتریهای حالت جامد خواهد بود، اما فعلا فناوری LFP به دلیل قیمت پایینتر، ایمنی بالا و تولید انبوه گسترده، همچنان انتخاب اصلی بازار خودروهای برقی چین باقی مانده است.