Батареяҳои ҳолати сахти чандир кадомҳоянд?

Гурӯҳе аз донишмандони байналмилалӣ навъи нави батареяи сахтро таҳия кардаанд, ки метавонад доираи мошинҳои барқиро афзоиш диҳад ва аз сӯхтор дар ноутбукҳо ва смартфонҳо пешгирӣ кунад. Муаллифон бозёфтҳои худро дар Advanced Energy Materials тавсиф мекунанд. Бо иваз кардани электролитҳои моеъе, ки дар батареяҳои муқаррарии барқгиранда истифода мешаванд, бо батареяҳои “сахт” ва сафолӣ онҳо метавонанд батареяҳои самараноктар ва дарозмуддат истеҳсол кунанд, ки барои истифода бехатартаранд. Муҳаққиқон умедворанд, ки ин бартариҳо метавонанд роҳро барои батареяҳои самараноктар ва сабзтар барои ҳама намуди дастгоҳҳо, аз ҷумла мошинҳои барқӣ боз кунанд.

Муаллифони тадқиқот, аз ИМА ва Британияи Кабир, барои чанд вақт алтернативаҳои электролитҳои моеъ дар батареяҳои литий-ионро меомӯзанд. Дар соли 2016 онҳо дар бораи таҳияи як батареяи сахти ҳолати сахт эълон карданд, ки метавонад бо шиддати беш аз ду маротиба зиёдтар аз ҳуҷайраҳои литий-ионҳои муқаррарӣ кор кунад, аммо бо самаранокии шабеҳ.

Ҳарчанд тарҳи охирини онҳо як беҳбуди назаррасро дар ин версияи қаблӣ нишон медиҳад, муҳаққиқ, профессор Доналд Садоуэй аз MIT қайд мекунад, ки ҳанӯз барои беҳбудӣ ҷой вуҷуд дорад: "Ба даст овардани гузариши баланди ионӣ дар маводи сафолӣ дар ҳарорати баланд метавонад душвор бошад" гуфт ӯ. "Ин як дастоварди пешрафт буд." Муҳаққиқон умедворанд, ки пас аз санҷиши ин батареяҳои мукаммалшуда барои мошинҳои барқӣ ва ҳатто ҳавопаймоҳо мувофиқ хоҳанд буд.

Дар батареяҳои ҳолати сахт, вайроншавии батареяҳои аз ҳад зиёд гармӣ бо истифода аз электролитҳои сафолӣ, на аз батареяҳои оташгиранда ва моеъ пешгирӣ карда мешавад. Агар аккумулятор вайрон шуда бошад ва ба ҷои даргиранда гармии электролитҳои сафолиро оғоз кунад, ки ин аз оташ гирифтани он пешгирӣ мекунад. Пораҳо дар сохтори ин маводи сахт инчунин ба онҳо имкон медиҳанд, ки бори бештари заряди барқро бо ионҳо тавассути шабакаи васеъ дар дохили сахт интиқол диҳанд.

Ин хусусиятҳо маънои онро доранд, ки олимон тавонистанд ҳам шиддат ва ҳам зарфияти батареяҳои худро дар муқоиса бо батареяҳои дорои электролитҳои моеъи оташгиранда баланд бардоранд. Дарвоқеъ, гуфт профессор Садоуэй: "Мо як ҳуҷайраи литий-ҳаворо намоиш додем, ки 12 вольт дар ҳарорати 90 дараҷа C [194°F] кор мекунад. Ин аз ҳама баландтар аст."

Ин тарҳи нави батарея бартариҳои дигари эҳтимолӣ нисбат ба электролитҳои оташгиранда дорад, аз ҷумла он, ки электролитҳои сафолӣ умуман нисбат ба батареяҳои органикӣ устувортаранд. "Чизи аҷиб он аст, ки он чӣ қадар хуб кор мекард" гуфт профессор Садоуэй. "Мо аз ин ҳуҷайра назар ба он ки ба он сарф кардем, бештар энергия гирифтем."

Ин устуворӣ метавонад ба истеҳсолкунандагон имкон диҳад, ки миқдори зиёди ҳуҷайраҳои ҳолати сахтро дар ноутбукҳо ё мошинҳои барқӣ бидуни хавотирӣ дар бораи аз ҳад зиёд гарм шудани онҳо ҷойгир кунанд, дастгоҳҳоро хеле бехатартар ва мӯҳлати функсионалии онҳоро дароз кунанд. Дар айни замон, агар ин намуди батареяҳо аз ҳад зиёд гарм шаванд, онҳо хатари оташ гирифтани онро доранд - тавре ки ба наздикӣ бо телефони Samsung Galaxy Note 7 рӯй дод. Оташи дар натиҷа ба вуҷуд омада паҳн шуда наметавонад, зеро дар дохили ҳуҷайраҳо ҳаво барои нигоҳ доштани сӯзиш вуҷуд надорад; дар ҳақиқат, онҳо наметавонанд берун аз макони зарари аввал паҳн шаванд.

Ин маводҳои сахт низ хеле дарозмуддат мебошанд; Баръакс, баъзе кӯшишҳо барои сохтани батареяҳои литий-ионӣ бо электролитҳои моеъи оташгиранда, ки дар ҳарорати баландтар (зиёда аз 100°C) кор мекунанд, мунтазам пас аз 500 ё 600 давра оташ мегиранд. Электролитҳои сафолӣ метавонанд ба зиёда аз 7500 давраи заряд/разряд бе оташ тоб оваранд."

Бозёфтҳои нав метавонанд ҳам барои васеъ кардани доираи EV-ҳо ва ҳам пешгирии сӯхтор дар смартфонҳо хеле муҳим бошанд. Ба гуфтаи Садоуэй: "Насли кӯҳнаи батареяҳо дорои батареяҳои кислотаи сурб [мошин] буданд. Онҳо масофаи кӯтоҳ доштанд, аммо бениҳоят боэътимод буданд" гуфт ӯ, ки заъфи ғайричашмдошти онҳо ин аст, ки "агар он аз тақрибан 60 ° C гармтар шавад, пас оташ мегирад».

Батареяҳои литий-ионии имрӯза, шарҳ медиҳад ӯ, як қадаме аз ин аст. "Онҳо масофаи тӯлонӣ доранд, аммо онҳо метавонанд аз гармии шадид ва оташ гирифтани онҳо осеб диданд" гуфт ӯ илова кард, ки батареяи нави ҳолати сахт эҳтимолан як "рахнашавии бунёдӣ" аст, зеро он метавонад ба дастгоҳҳои хеле боэътимод ва бехатартар оварда расонад.

Олимони MIT фикр мекунанд, ки ин технология метавонад ба таври васеъ истифода шавад, панҷ сол лозим шавад, аммо ҳатто дар соли оянда онҳо умедворанд, ки ин гуна батареяҳоро дар смартфонҳои истеҳсолкунандагони бузург ба монанди Samsung ё Apple насб кунанд. Онҳо инчунин қайд карданд, ки барои ин ҳуҷайраҳо ба ҷуз телефонҳо, аз ҷумла ноутбукҳо ва мошинҳои барқӣ, бисёр мақсадҳои тиҷоратӣ мавҷуданд.

Бо вуҷуди ин, профессор Садоуэй ҳушдор медиҳад, ки то такмили технология ҳанӯз роҳе ҳаст. "Мо як ҳуҷайра дорем, ки воқеан олиҷаноб аст, аммо ин рӯзҳои барвақт аст... Мо то ҳол ҳуҷайраҳоро бо электродҳои миқёси калон ва зичии баланд қувват надорем."

Садоуэй боварӣ дорад, ки ин пешрафт фавран ба таври васеъ қабул карда мешавад, зеро он на танҳо иқтидори сӯзишвории EV-ро бо диапазони хеле васеъ дорад, балки инчунин эҳтимолияти пешгирии сӯхторҳои смартфонро дорад. Шояд тааҷҷубовартар он аст, ки пешгӯии ӯ дар бораи он аст, ки батареяҳои сахти ҳолати сахт метавонанд дар тӯли камтар аз панҷ сол ба таври умум истифода шаванд, вақте ки аксарияти истеҳсолкунандагон ба бехатарӣ ва эътимоднокии онҳо боварӣ доранд.