فناوری شارژر پالسی GBatteries برای باتری خودروی الکتریکی معرفی شد

افزایش تعداد خودروی الکتریکی طی سال‌های آینده، نیازمند سرمایه‌گذاری روی باتری و سیستم‌های شارژ کارآمد است. شاید اگر به‌جای سرمایه‌گذاری روی یافتن مواد شیمیایی جدید و بهتر برای باتری و افزایش کیفیت آند و کاتد، همچنین جستجوی روش‌های افزایش تراکم انرژی باتری، به‌دنبال روشی جهت ساخت سیستم‌های شارژ جدید، بهتر و هوشمندتر بودیم، آینده خوبی پیش روی خودروهای الکتریکی بود. 

استارتاپ کوچک GBatteries Energy مستقر در کانادا ادعا می‌کند که شارژر تولیدی این شرکت می‌تواند باتری خودروی برقی شورولت بولت را در مدت زمان ۵ دقیقه تا نیمه شارژ کند. آیا با وجود چنین فناوری که امکان شارژ خودروی برقی را در مدت بسیار کمی فراهم می‌کند، باز هم خرید خودروی بنزینی یا هیبریدی پیل سوختی صرفه اقتصادی دارد؟

فناوری مورد ادعای GBatteries Energy به‌عنوان پروژه خانگی تیمی متشکل از نیک و تیم شرستیوک، در هنگام تلاش آن‌ها برای افزایش طول عمر باتری گوشی هوشمند تلفن همراه کشف شد. در حقیقت آن‌ها اصلاً قصد کاهش زمان شارژ یا تغییر فرایند شارژ باتری خودروی برقی را نداشتند و به‌طور تصادفی به چنین نتیجه‌ای رسیدند. 

شارژرهای لیتیوم-یون امروزی با پمپاژ الکترون‌ها به داخل باتری تخلیه‌شده کار خود را آغاز می‌کنند و محدودیت اصلی آن‌ها، مدار و سیستم شارژ است. سپس هنگامی که ولتاژ باتری به حداکثر سطح ایمن افزایش می‌یابد، جریان به‌تدریج کم می‌شود ولی با ولتاژ ثابت پمپاژ را حفظ می‌کند. روش جریان ثابت-ولتاژ ثابت (CCCV) باعث می‌شود برخی از یون‌های لیتیوم در برخورد با یکدیگر متلاشی شوند، مخصوصاً در هنگام شارژ سریع با قدرت بالا و درحالی‌که برای پریدن از آند به سمت کاتد شتاب می‌گیرند. وقتی این اتفاق می‌افتد، چنین یون‌هایی دیگر مفید نیستند و عمر باتری به‌تدریج کاهش می‌یابد.

تیم شرستیوک، مدیر تجاری GBatteries Energy فرایند دریافت یون‌های شارژ لیتیوم در کاتد را بسیار شبیه غربال کردن برنج توصیف می‌کند. با فشار دادن دانه‌های برنج روی صفحه مشبک غربال، دانه‌ها به‌راحتی می‌شکنند و دیگر مانند قبل نیستند. چنین اتفاقی نیز برای الکترون‌ها هنگام پرش از قطب‌های باتری اتفاق می‌افتد. فناوری GBatteries به‌گونه‌ای است که جریان را به‌آرامی تغییر می‌دهد و این دقیقاً شبیه تکان دادن ملایم غربال برای پایین رفتن دانه‌های برنج است. در ادامه گاهی اوقات و طی مدت زمان بسیار کمی جریان برعکس می‌شود که این فرایند نیز بسیار شبیه بالا انداختن و برگرداندن دانه‌های برنج روی صفحه غربال برای بازآرایی است. چنین کاری باعث می‌شود تا یون‌ها ایمن‌تر و سریع‌تر از قطب‌های باتری عبور کنند. 

با جستجویی ساده در گوگل می‌توان به مطالعات زیادی درباره شارژ تپشی (pulsed charging) دسترسی پیدا کرد؛ اما راز GBatteries در طبیعت تطبیقی فرکانس پالس‌دهی است که به‌طور مداوم پارامترهایی مانند دامنه، پهنا و دوره پالس‌دهی (تناوب) را تغییر می‌دهد. هوش مصنوعی که در کنترلر برنامه‌ریزی‌ شده است، به‌طور مداوم بر امپدانس دینامیک باتری یا مقاومت دربرابر جریان نظارت می‌کند. هوش مصنوعی همچنین نرخ پالس‌دهی را تنظیم می‌کند تا امپدانس کمینه شود و با کاهش دمای باتری، از خراب شدن یون‌ها و کاهش عمر باتری جلوگیری کند.

در تست‌های آزمایشگاهی، باتری‌هایئ شارژ سریع که از هر دو روش (شارژ تپشی و جریان ثابت-ولتاژ ثابت) استفاده می‌کردند بین ۲۵ تا ۹۵ درصد شارژ شدند. محققان GBatteries متوجه شدند که پس از ۱۷ بار شارژ مجدد، ظرفیت مفید باتری‌های CCCV تا حدود ۸۳ درصد ظرفیت اولیه کاهش یافت؛ درحالی‌که باتری‌های شارژ تپشی پس از ۱۱۰ بار شارژ هنوز دارای ۸۵ درصد ظرفیت شارژ اولیه خود بودند. 

 این آزمایش‌ها روی باتری‌های کوچک انجام شده‌اند و آمارهای مربوط‌به شارژ خودروی برقی شورولت بولت از مدلسازی‌های کامپیوتری به دست آمده است. نمونه اولیه شارژر GBatteries برای خودروهای برقی تا اواخر سال جاری میلادی معرفی خواهد شد. همچنین چنین شارژری از نظر فیزیکی محدودیت‌های زیادی دارد. برای شارژ ۵۰ درصد ظرفیت باتری طی ۵ دقیقه، نیاز به شارژری است که نرخ شارژ آن پنج برابر ظرفیت شارژ باتری باشد. یعنی برای باتری با ظرفیت ۶۰ کیلووات ساعت، به شارژری نیاز است که نرخ شارژ آن ۳۰۰ کیلوات باشد. 

تصور کنید ایستگاه‌های شارژ داخل پارکینگ که هر روز توسط تعداد انگشت‌شماری مورد استفاده قرار می‌گیرند، همراه‌با تعداد زیادی از ایستگاه‌های شارژ عمومی به چنین فناوری مجهز شوند؛ در این صورت شارژرهای سریع می‌توانند به خوبی نقش خود را انجام دهند و نگرانی مالکان خودروهای برقی از کاهش شعاع حرکتی را کاهش دهند. در نتیجه رانندگان می‌توانند به همان راحتی که با خودروهای بنزینی مسافرت می‌کردند، با خودروهای برقی نیز بدون نگرانی به مسافرت بپردازند.

اگر این کار اجرایی شود و پروژه GBatterings به مرحله تجاری برسد، به نظر می‌رسد نقطه عطفی در فروش خودروهای برقی اتفاق می‌افتد. در این صورت تقاضا برای خرید خودروهای مجهز به پیل سوختی هیدروژنی نیز با کاهش درخورتوجهی روبه‌رو خواهد شد.