بطارية سيارة بنصف السعر

في العام الماضي ، أسست شركة A123 Systems التي تعمل بالبطاريات شركة أخرى ، تدعى 24M ، لتطوير نوع جديد من البطاريات يهدف إلى جعل السيارات الكهربائية تقطع مسافة أبعد وبتكلفة أقل. الآن ورقة بحثية منشورة في مواد الطاقة المتقدمة يكشف التفاصيل الأولى حول كيفية عمل هذه البطارية. كما أنه يعالج التحديات في طرح البطارية في السوق.

نموذج البطارية: يتم إدخال مادتين من قطب كهربائي يشبه الحمأة في الجهاز الموضح هنا. تتدفق مادة الأنود إلى النصف العلوي ، ويتدفق الكاثود إلى الأسفل. تمر أيونات الليثيوم من مادة إلى أخرى ، وتتدفق الإلكترونات عبر الخيوط السوداء والحمراء.

مشكلة كبيرة في بطاريات الليثيوم أيون المستخدمة في السيارات الكهربائية والهجينة الموصولة بالكهرباء هي أن حوالي 25 في المائة فقط من حجم البطارية يتم امتصاصه بواسطة المواد التي تخزن الطاقة. يتكون الباقي من مواد غير نشطة ، مثل التعبئة والتغليف والرقائق الموصلة والمواد اللاصقة ، مما يجعل البطاريات كبيرة الحجم وتمثل جزءًا كبيرًا من التكلفة.



جراحة ارتفاع ضغط الدم

تعتزم شركة 24M تقليل المواد غير النشطة في البطارية بشكل كبير. وفقًا للتقديرات الواردة في الورقة الجديدة ، يمكن لبطارياتها أن تحقق ما يقرب من ضعف كثافة الطاقة لبطاريات السيارات اليوم. ستكون البطاريات ذات كثافة الطاقة الأعلى أصغر وأرخص ، مما يعني أن السيارات الكهربائية والهجينة ستكون أقل تكلفة. تقدر الصحيفة أن البطاريات قد تكلف أقل من 250 دولارًا للكيلوواط / ساعة - أقل من نصف تكلفتها الآن.

تتكون حزمة البطارية التقليدية من مئات الخلايا. تحتوي كل خلية على كومة من العديد من الأقطاب الكهربائية الرقيقة الصلبة. يتم إقران هذه الأقطاب الكهربائية بمجمعات تيار من رقائق معدنية ويتم فصلها عن بعضها البعض بواسطة أغشية بلاستيكية. تتطلب زيادة تخزين الطاقة إضافة المزيد من طبقات مادة الإلكترود - والتي تتطلب بدورها المزيد من طبقات الرقائق المعدنية والأغشية البلاستيكية.

يجعل تصميم 24M من الممكن زيادة تخزين الطاقة بدون الرقائق المعدنية الإضافية والأغشية البلاستيكية. يتمثل الاختلاف الرئيسي في أن الأقطاب الكهربائية ليست أغشية صلبة مكدسة في خلية ، ولكنها عبارة عن مواد تشبه الحمأة مخزنة في خزانات - أحدها لمواد القطب الموجب والآخر للقطب السالب.

تُضخ المواد من الخزانات إلى جهاز صغير ، حيث تنتقل عبر قنوات محفورة في كتل معدنية. عند حدوث ذلك ، تنتقل الأيونات من قطب كهربائي إلى آخر عبر نفس نوع مادة الفصل المستخدمة في بطارية تقليدية. تشق الإلكترونات طريقها للخروج من المادة إلى دائرة خارجية. في هذا التصميم ، تكون زيادة تخزين الطاقة أمرًا بسيطًا مثل زيادة حجم صهاريج التخزين - يبقى الجهاز الذي يسمح للأقطاب الكهربائية بالتفاعل بالحجم نفسه. يلغي التصميم أيضًا الحاجة إلى ربط مئات الخلايا ببعضها البعض لتحقيق تخزين كافٍ للطاقة.

تشبه البطارية الجديدة شيئًا يسمى بطارية التدفق ، حيث يتم ضخ إلكتروليتين فوق بعضهما البعض. لكن بطاريات التدفق التقليدية أكبر بنحو 10 مرات من التصميم الجديد لأنها تستخدم حلول تخزين الطاقة المخففة ، مما يجعلها غير عملية للاستخدام في السيارات.

محركات rd-180

الباحثون بقيادة بعد مينغ تشيانغ ، أستاذ علوم المواد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، ومؤسس كل من أنظمة A123 و 24 M ، قام باختبار مواد مختلفة للأقطاب الكهربائية ، بما في ذلك أكسيد الكوبالت الليثيوم ، والذي يشيع استخدامه في بطاريات الكمبيوتر المحمول. لقد أظهروا أن الجهاز يمكنه الشحن والتفريغ بالمعدلات المطلوبة في السيارات الكهربائية ، كما يقول تشيانغ.

تصف الورقة أيضًا كيف يتعامل الباحثون مع أحد أكبر تحديات التصميم: سحب الشحنة الكهربائية من الحمأة. في خلية أيونات الليثيوم العادية ، تشق الإلكترونات طريقها بالقفز عبر الجسيمات الموصلة المتصلة في القطب الصلب حتى تصل إلى مجمع التيار. في البطارية الجديدة ، لن تتدفق الإلكترونات عبر الإلكتروليت. لذا قام تشيانج وزملاؤه بخلط جزيئات الكربون النانوية في الحمأة. تشكل الجسيمات تلقائيًا شبكات مترابطة في السائل لتوفير مسارات للهروب من الإلكترونات.

لا تزال هناك تحديات قبل أن يتم تسويق البطارية. يقول تشيانج إن الموصلية الكهربائية لا تزال أقل بنحو 100 مرة مما ينبغي أن تكون عليه في نظام عملي. إنه يعمل أيضًا على زيادة تركيز المواد الفعالة في الحمأة.

جيف دان ، أستاذ الفيزياء والكيمياء في جامعة Dalhousie ، يلاحظ أنه لتحقيق مستويات الطاقة اللازمة لدفع السيارة ، لا يزال يتعين على الخلية الكهروكيميائية أن تكون كبيرة: يجب أن تغطي المادة الفاصلة مساحة تبلغ حوالي ثلاثة أمتار في أربعة أمتار . يمكن تقطيعها إلى قطع يمكن إدارتها وتكديسها ، لكن هذا قد يجعل النظام معقدًا ، وحتى مع هذا النهج يمكن أن تكون الخلية ضخمة ، كما يقول.

قبل 4 مليارات سنة

يقول Throop Wilder الرئيس التنفيذي لشركة 24M إننا نحقق تقدمًا جيدًا في التكنولوجيا. يعتبر قبول الورقة بمثابة إثبات قوي للمبادئ الأساسية التي تدفع تنميتنا. تتكون شركة 24 مليونًا من حوالي 20 موظفًا ، وقد جمعت ما يقرب من 16 مليون دولار.

يقول دان إنه جهاز ذكي جدًا. لا أعرف ما إذا كانت ستكون أكثر من مجرد فكرة في ورقة ، لكن شيانج فاجأ الناس من قبل.

يخفي

التقنيات الفعلية

فئة

غير مصنف

تكنولوجيا

التكنولوجيا الحيوية

سياسة التكنولوجيا

تغير المناخ

البشر والتكنولوجيا

وادي السيليكون

الحوسبة

مجلة Mit News

الذكاء الاصطناعي

الفراغ

المدن الذكية

بلوكشين

قصة مميزة

الملف الشخصي للخريجين

اتصال الخريجين

ميزة أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

1865

وجهة نظري

77 Mass Ave

قابل المؤلف

ملامح في الكرم

شوهد في الحرم الجامعي

خطابات الخريجين

أخبار

انتخابات 2020

فهرس With

تحت القبه

خرطوم الحريق

مؤشر With

قصص لانهائية

مشروع تكنولوجيا الوباء

من الرئيس

غلاف القصه

معرض الصور

موصى به