Power Sources: April 2009 Archives
تصویری از ذرات ماده ی جدید باتری که با میکروسکوپ الکترونی گرفته شده است
نمونه ای از ماده ی جدید باتری که امکان شارژ سریع را در وسایل قابل حمل ایجاد می کند
به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز)، اين كار جديد مي تواند امكان شارژ باتري هاي خودروهاي الكتريكي را نيز فراهم كند، هر چند اين كاربرد خاص با توجه به مقدار توان قابل دست رسي براي صاحب خانه از شبكه ي برق محدود مي شود.
اين كار كه توسط گربرند سدر، استاد مهندسي و علوم مواد سرپرستي شد، در نسخه ي 12 مارچ مجله ي Nature منتشر شد. با توجه به اين كه ماده ي به كار رفته، جديد نيست و پژوهش گران تنها تغيير ساده اي در شيوه ي توليد آن ايجاد كرده اند، سدر بر اين باور است كه اين كار طي دو تا سه سال آتي روانه ي بازار مي شود.
باتري هاي ليتيمي قابل شارژ جديد چگالي انرژي بسيار بالايي دارند و براي انباشت مقدار زيادي بار الكتريكي مناسب هستند. اين باتري ها آهنگ توان را به طور نسبي كاهش مي دهند و در دريافت و تخليه ي اين انرژي كند عمل مي كنند. باتري هاي كنوني را در خودروهاي الكتريكي در نظر بگيريد. سدر گفت: "اين باتري ها انرژي بسيار زيادي دارند، بنابراين مي توان با سرعت 55 مايل در ساعت براي مدت زمان طولاني رانندگي كرد اما توان پايين است و نمي توان به سرعت شتاب گرفت."
اما چرا از ميزان توان پايين استفاده مي شود؟ پيش از اين ها دانش مندان تصور مي كردند كه يون هاي ليتيم كه وظيفه ي حمل بار در طول باتري را هم راه با الكترون ها بر عهده دارند، درون ماده به كندي حركت مي كنند.
حدود پنج سال پيش سدر و هم كارانش كشف شگفت انگيزي را انجام دادند. محاسبات رايانه اي ماده ي باتري شناخته شده يعني فسفات آهن ليتيم پيش بيني كرد كه يون هاي ليتيم اين ماده در حقيقت با سرعت بسيار بالايي حركت مي كنند.
سدر گفت: "اگر انتقال يون هاي ليتيم بسيار سريع باشد، چيز ديگري مشكل آفرين است."
محاسبات بيش تر نشان داد كه يون هاي ليتيم در حقيقت مي توانند بسيار سريع در داخل ماده حركت كنند اما تنها از طريق تونل هاي قابل دست يابي از سطح ماده. اگر يك يون ليتيم در سطح ماده در مقابل ورودي يكي از تونل ها قرار گيرد، مشكلي پيش نمي آيد: اين يون درون تونل به حركت در مي آيد. اما اگر يون مقابل تونل قرار نگيرد، به ورودي تونل نمي رسد چون نمي تواند حركت كند.
سدر و بيونگوو كانگ، دانشجوي فارغ التحصيل مهندسي و علوم مواد، روشي براي حل مشكل با ايجاد ساختار سطح جديد ابداع كردند كه به يون هاي ليتيم اجازه مي دهد در قسمت بيروني ماده به سرعت حركت كنند. زماني كه يك يون حين گردش در روي سطح ماده به يكي از تونل ها مي رسد، فورا به درون آن كشيده مي شود.
با به كارگيري روش جديد، آن ها به سمت ساخت يك باتري كوچك حركت كردند كه مي تواند ظرف 10 تا 20 ثانيه شارژ يا تخليه شود (زمان شارژ يا تخليه ي براي سلول ساخته شده از ماده ي توسعه نيافته 6 دقيقه است).
سدر توضيح داد كه آزمايش هاي بيش تر نشان داد كه بر خلاف ساير مواد باتري، اين ماده ي جديد مانند زماني كه مرتبا شارژ و تخليه مي شود، دچار تنزل نمي شود. اين امر مي تواند منجر به ساخت باتري هاي كوچك تر و سبك تر شود چون مواد كم تري مورد نياز خواهد بود.
سدر و كانگ مقاله ي خود را در مجله ي Nature اين گونه به پايان رساندند: "توانايي شارژ و تخليه ي باتري ها ظرف چند ثانيه به جاي چندين ساعت مي تواند راهي به سمت لوازم تكنولوژيكي بگشايد و دگرگوني هايي را در شيوه ي زندگي فراهم كند."
اين كار از طرف سازمان علمي ملي به واسطه ي برنامه ي مراكز مهندسي و علوم پژوهشي مواد و برنامه ي باتري هايي براي انتقال پيش رفته ي دپارتمان انرژي امريكا حمايت مي شد و تحت ليسانس دو شركت قرار داشت.
