سیستم جدید باتری خودبازساز با قابلیت شارژ سریع

شرکت «Storedot» که در میان سهام‌دارانش می‌توان نام‌های معتبری چون دایملر، سامسونگ و BP Venture را یافت، مدعی است که نخستین باتری لیتیومی دنیا را با قابلیت شارژ فوق‌سریع (XFC) به‌صورت انبوه تولید می‌کند. سازنده اعدا می‌کند که این باتری‌ها که ساختاری برمبنای «آنودهای چیره» دارند، ۵۰ درصد سریع‌تر از سایر نمونه‌ها شارژ می‌شوند؛ درحالی‌که هیچ هزینه اضافه‌ای را روی دوش کاربرشان قرار نمی‌دهند.

امروزه گرافیت جای خود را به سیلیکون داده است؛ سیلیکون به‌عنوان یکی از مهم‌ترین اجزای باتری‌های لیتیوم‌یونی به شمار می‌رود که درحین شارژ و استفاده از باتری، لیتیوم‌ها را ذخیره و آزاد می‌کند. این ماده قادر است تا نسبت‌به گرافیت، ۱۰ برابر یون‌های لیتیوم بیشتری را در خود ذخیره کند. این فناوری باعث خلق باتری‌هایی با قابلیت شارژ سریع شد. با وجود کاربرد فراوان، به‌کارگیری این ماده حیاتی در صنعت کار آسانی نیست. حجم ذخیره درحین شارژ و استفاده از باتری تا ۳۰۰ درصد تغییر می‌کند که مسئله‌ای مشکل‌آفرین است و عملا می‌تواند منجربه نابودی سلول باتری گردد.

یکی از راه‌حل‌های برطرف‌سازی این مشکل، استفاده از سلول‌های نانوی سیلیکون در ماتریکس ماده است؛ این مسئله باعث مدیریت افزایش حجم بدون ایجاد هرگونه مشکل اضافه‌ای می‌شود. شرکت استوردات مدعی است که موفق شده تا به این فناوری دست یابد. هر جزء نانوی سیلیکون که اندازه‌ای برابر ۱۰۰ نانومتر دارد در درون یک ساختار داربستی از کربن سخت و اجزای محکم‌ نگهداری می‌شود. این ساختار کربنی برخلاف گرافیت که نقشی اساسی را در چرخه شارژ و استفاده از باتری بازی می‌کند، به‌صورت خنثی کار می‌کند؛ بنابراین هر توپ سیلیکونی درحین شارژ و استفاده، به لطف کسشانی موجود در ساختار داربستی خود فضای کافی برای حرکت دارد. درنتیجه همه این‌ها، افزایش حجم تا ۱۰ درصد مدیریت می‌شود.

استوردات در کنار این فناوری، اقدام به ثبت یک پتنت بی‌مانند برای «باتری خودبازساز» کرده است که به‌خودی‌خود، سلول‌های آسیب‌دیده‌اش را بازسازی و ترمیم می‌کند. در این فناوری، نخست سلول یا رشته سلول‌های آسیب‌دیده، مشکل‌دار یا بیش‌ازحد گرم شناسایی شده، خاموش گردیده و پس از ترمیم کامل به جریان کار بازگردانده می‌شوند. این روند به‌گونه‌ای طراحی شده است که درحین رانندگی صورت می‌پذیرد و راننده در عملکرد خودروی خود هیچ تفاوتی را احساس نخواهد کرد.

بازسازی سلول‌های آسیب‌دیده نیازمند روندی کند و عمیق است که درطول آن، شارژ و استفاده از باتری با سرعت کمتری صورت می‌پذیرد؛ درست همانند یک باتری عادی خودرو که از شارژهای هوشمند سریع استفاده می‌کند. تمام آنودهای باتری لیتیوم‌یونی یک پوشش خاص به نام «الکترولیت صلب سطحی» (به‌صورت مخفف: SEI که ربطی به باتری‌های حالت صلب ندارد) را روی سطح آنود تشکیل می‌دهند. تشکیل این پوشش نیز درطول زمان شارژ و استفاده از باتری رخ می‌دهد.

مهم‌ترین بخش این روند برای فناوری سیلیکون چیره، ترمیم و بازسازی سلول یونی لیتیوم است؛ چراکه انبساط و انقباض می‌تواند باعث ایجاد ترک‌هایی برروی SEI شود. اگر این سلول بررسی نگردد، به‌طور مداوم به بازسازی ادامه می‌دهد تا درنهایت یون لیتیوم را در این روند مصرف کرده و باتری را کهنه کند.

استوردات بخشی از روند سریع توسعه خود را مدیون توسعه بیش‌ازپیش هوش‌مصنوعی می‌داند که تمام داده‌های مرتبط با استفاده از سیلیکون در باتری لیتیومی را وارسی می‌کند. این شرکت تاکنون موفق به تولید انبوه سلول‌های چیره شده است می‌توانند در چرخه‌های ۱۰ دقیقه‌ای، بیش از ۸۵۰ بار با سرعت فوق‌العاده بالا شارژ شوند و ۸۰ درصد باتری خود را نگه دارند. نرخ انبساط آن نیز تنها ۱۰ درصد است و گنجایشی ۳۰۰ وات‌ساعت بر کیلوگرمی دارد (این رقم را با گنجایش ۱۴۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم باتری‌های ۶۴ کیلووات ساعتی امروزی مقایسه کنید).

فناوری XFC جدید با قابلیت خودبازسازی در سال ۲۰۲۴ وارد خط تولید انبوه خواهد شد. سازنده پس از آن و در سال ۲۰۲۸ به سراغ تولید فناوری باتری حالت صلب خواهد رفت.