ترکیب باتری با بدنه خودرو؛ انقلاب جدید خودروهای برقی با 50 درصد کاهش وزن

وزن بسته باتری های لیتیوم یونی یکی از معضلات اساسی خودروهای برقی است. این مسئله نه تنها باعث می‌شود تا هندلینگ و سواری خودرو تحت تاثیر قرار گیرد. بلکه انرژی مورد نیاز برای حمل این بسته باتری بسیار بیشتر از خودروهای احتراق داخلی است.

برای حل این مسئله راه حل جدیدی ارائه شده است که امکان ذخیره سازی انرژی به کمک بدنه خودرو را مهیا می‌سازد و عملا بسته باتری حالت توخالی پیدا خواهد کرد و هیچ وزن اضافی را به خودرو تحمیل نمی‌کند.

دانشمندان دانشگاه فناوری چالمرز در گوتنبرگ و انستیتوی فناوری سلطنتی KTH در استکهلم این راه حل را ارائه کرده‌اند.

سوئدی های این ایده را از مسابقات فرمول یک در دهه 60 میلادی گرفته‌اند. جایی که تیم BRM و لوتوس برای اولین بار از موتور و سیستم انتقال قدرت به عنوان بخشی از ساختار شاسی استفاده کردند و در نتیجه وزن کمتری به نسبت شاسی های مجهز به اسپیس فریم مجزا نیاز دارد.

معادل مدرن این کار ذخیره سازی انرژی بدون وزن اضافه است.

ادغام الکتروشیمیایی لیتیوم یون در ساختار بدنه خودرو که ساخته شده از الیاف کامپوزیت کربن است.

باتری‌های لیتیوم یونی موجود در بخش الکترودهای منفی (آند) دارای کربن هستند و الکترود مثبت (کاتد) نیز از اکسید فلز است که هر دو در هنگام شارژ و تخلیه از طریق الکترولیت لیتیوم یون را از یکی به دیگری انتقال می‌دهند.

این پروژه تحقیقاتی از سال 2007 در کشور سوئد آغاز شد که هدف آن پیدا کردن روشی برای استفاده از الیاف کربن برای تشکیل آند با کاتد ساخته شده از فویل آلومینیوم روکش شده با فسفات آهن که توسط پارچه‌ای از الیاف شیشه در یک مخلوط  الکترولیت از هم جدا شده است.

این مفهوم جدید امکان جایگزینی فویل با الیاف کربن برای بخش الکترود مثبت را با یک جدا کننده فلزی امکان پذیر می‌کند. در نتیجه امکان تولید یک ماده با قدرت ذخیره سازی بالای انرژی در حد و اندازه آلومینیوم اما با وزن کمتر را فراهم می‌کند.

این تحقیق در ابتدا بر روی ریز ساختار الیاف کربن متمرکز بوده است. دانشمندان کشف کرده‌اند که الیاف با بلورهای کوچک و کم جهت تر سختی کمتری به نسبت الیاف با بلورهای بزرگ و جهت های بالا دارند اما از نظر الکتروشیمیایی وضعیت بهتری دارند و ماده‌ای مناسب برای استفاده در آند و کاتد است.

الیاف کربن با سختی بیشتر در هواپیماها مورد استفاده قرار می‌گیرد و برای استفاده از این الیاف در وسایل نقلیه کاهش جزئی سختی مشکلی ایجاد نمی‌کند.

با این وجود این ماده جدید به اندازه باتری معمولی چگالی انرژی خوبی ندارد. در فاز اول این ماده دارای تراکم انرژی برابر با 24 وات ساعت بر کیلوگرم (یا 40 وات ساعت بر کیلوگرم برای یک بسته کامل باتری) است که برابر با 17 درصد از چگالی انرژی بسته باتری استفاده شده در کیا e-Niro 64kWh است.

با این حال با استفاده از این باتری جدید در حدود 460 کیلوگرم از وزن خودرو کم خواهد شد و این مسئله تاثیر شگفت انگیزی بر روی سواری و هندلینگ خودرو خواهد گذاشت.

حال سوال اصلی این است که تا چه میزان از این مواد را می‌توان در بدنه خودرو قرار دارد و چگونه می‌توان با پایین بودن تراکم انرژی آن کنار آمد. افراد حاضر در این پروژه امیدوار هستند که با کار بیشتر در مرحله دوم میزان چگالی انرژی را تا 75 وات ساعت در هر کیلوگرم افزایش دهند.

در نهایت این فن آوری در ابتدای راه خود قرار دارد اما از نظر تئوری و حتی عملی می‌تواند دنیای وسایل نقلیه الکتریکی را به طور کامل متحول کند.