به گزارش تجارت نیوز، در دنیایی که به سرعت به سمت استفاده از انرژی‌های پاک و وسایل نقلیه برقی پیش می‌رود، افزایش طول عمر باتری‌ها و بهینه‌سازی عملکرد آن‌ها یکی از چالش‌های مهم علمی و صنعتی است. باتری‌های لیتیوم یونی به دلیل ظرفیت ذخیره‌سازی بالا، وزن کم و بازدهی مناسب، به ستون فقرات دنیای مدرن در انتقال و ذخیره انرژی تبدیل شده‌اند. با این حال، تحلیل تدریجی این باتری‌ها و افت ولتاژ در طول زمان، همواره مانعی جدی بر سر راه استفاده گسترده و مقرون‌به‌صرفه آن‌ها بوده است.
اکنون، پژوهشگران چینی و آمریکایی موفق شده‌اند گام بلندی در مسیر افزایش عمر باتری‌ها بردارند؛ گامی که می‌تواند تحولی اساسی در دنیای فناوری و انرژی‌های پاک ایجاد کند.
بازگرداندن باتری‌های قدیمی به زندگی با بازیابی صد درصدی ولتاژ
باتری‌های لیتیوم یونی از زمان عرضه، نقش کلیدی در توسعه وسایل نقلیه برقی، ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس صنعتی و حتی در وسایل الکترونیکی روزمره ایفا کرده‌اند. با این حال، کاهش ولتاژ و افت عملکرد در طول زمان، مشکلی است که هنوز بسیاری از کاربران و تولیدکنندگان با آن مواجه هستند.
اکنون تیمی متشکل از پژوهشگران موسسه فناوری و مهندسی مواد نینگبو (NIMTE) در چین و دانشگاه شیکاگو در آمریکا، راهکاری نوآورانه برای بازیابی ولتاژ باتری‌های قدیمی یافته‌اند که می‌تواند عملاً عمر باتری‌ها را دو برابر کند.
این دستاورد حاصل توسعه موادی با ویژگی انبساط حرارتی صفر (ZTE) است؛ نوعی ماده کاتد جدید که اجازه نمی‌دهد باتری در اثر تغییرات دمایی دچار انبساط یا انقباض غیرقابل کنترل شود. این مشکل پیش از این یکی از دلایل اصلی افت ولتاژ و تحلیل ساختار باتری در گذر زمان بود.
چالش‌های ذخیره‌سازی انرژی و اهمیت این کشف
در جهانی که انرژی خورشیدی و بادی در حال تبدیل‌شدن به منابع اصلی تأمین برق هستند، مشکل بزرگی به نام «ذخیره‌سازی انرژی» همواره مطرح است؛ چرا که این منابع انرژی ناپایدار و وابسته به شرایط محیطی هستند. باتری‌های لیتیوم یونی در حال حاضر بهترین راهکار برای ذخیره این انرژی به شمار می‌روند، اما عمر محدود و هزینه بالای این باتری‌ها، مانع بزرگی در مسیر گسترش استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر است.
تکنیک تازه معرفی‌شده توسط تیم تحقیقاتی چینی-آمریکایی این پتانسیل را دارد که این محدودیت را از میان بردارد و به کمک آن، باتری‌های لیتیوم یونی پس از گذشت سال‌ها، همچنان نزدیک به صد در صد ولتاژ اولیه خود را بازیابی کنند.
انبساط حرارتی صفر؛ کلید حفظ سلامت باتری‌ها
در حالت عادی، هنگام شارژ و دشارژ باتری، دمای داخلی آن تغییر می‌کند و این تغییر دما باعث انبساط یا انقباض مواد داخلی — به ویژه در کاتد — می‌شود. این فرآیند در طول زمان به تخریب ساختار باتری و کاهش ولتاژ منجر می‌شود.
محققان در این پژوهش، با استفاده از یک ماده نوین که در دمای بالا دچار «انقباض کنترل‌شده» می‌شود، موفق شدند ساختار باتری را در برابر این آسیب محافظت کنند. این رفتار خاص که به نام «انبساط حرارتی صفر» شناخته می‌شود، اجازه می‌دهد کاتد باتری در طول چرخه‌های متوالی شارژ و تخلیه، بدون تغییر در ساختار خود باقی بماند.
در این آزمایش‌ها، تیم پژوهشی حتی موفق شد با استفاده از پالس‌های ولتاژ بالا، ساختار شبکه‌ای باتری‌های قدیمی را بازسازی کرده و ولتاژ آن‌ها را تقریباً به حالت اولیه بازگرداند؛ فرآیندی که در آینده می‌تواند به سادگی در ایستگاه‌های شارژ خودروهای برقی انجام شود.
آینده باتری‌ها؛ باتری‌های قدیمی، مثل روز اول نو
طبق نتایج این تحقیق، این دستاورد می‌تواند به معنای واقعی، عمر باتری‌های لیتیوم یونی را حداقل دو برابر کند. این یعنی خودروهای برقی، تجهیزات الکترونیکی و حتی سیستم‌های ذخیره انرژی در نیروگاه‌های خورشیدی و بادی، با هزینه کمتر و طول عمر بیشتر به فعالیت خود ادامه خواهند داد.
علاوه بر این، توسعه این فناوری می‌تواند اثرات زیست‌محیطی ناشی از دفع باتری‌های مستعمل را به طور چشمگیری کاهش دهد و از استخراج بی‌رویه لیتیوم که یک فرآیند انرژی‌بر و مخرب برای طبیعت است، جلوگیری کند.
به گزارش IE، یافته‌های مشترک تیم‌های تحقیقاتی چین و آمریکا نویدبخش یک تحول بزرگ در دنیای ذخیره انرژی است. اگر این فناوری به مرحله تجاری‌سازی برسد، می‌تواند انقلابی در طول عمر و پایداری باتری‌های لیتیوم یونی ایجاد کند؛ از خودروهای الکتریکی گرفته تا خانه‌هایی که با انرژی خورشیدی کار می‌کنند.
باتری‌هایی که روزی پس از چند سال استفاده، محکوم به تعویض بودند، حالا با این تکنیک جدید می‌توانند بار دیگر مثل روز اول کار کنند؛ این یعنی کاهش چشمگیر هزینه‌ها، کاهش تولید زباله‌های الکترونیکی و یک قدم دیگر به سوی جهانی سبزتر و پایدارتر.
