نصب باتری سبک‌وزن در بدنه؛ انقلاب تازه در صنعت خودروهای برقی
وزن بسته‌های باتری لیتیوم‌یون یکی از مشکلات مهم مربوط به فناوری خودروهای الکتریکی است. این مشکل فقط ازنظر دینامیکی نیست؛ بلکه وزن بیشتر در اطراف خودرو باعث مصرف انرژی بیشتر می‌شود. از‌آنجا‌که خودرو الکتریکی به‌دنبال پایداری محیط‌زیست و کمک به کاهش آلودگی است، وزن زیاد بسته‌های باتری نتیجه‌ی مثبتی برای خودرو الکتریکی به‌همراه ندارد. باوجوداین، چه اتفاقی می‌افتد اگر باتری معمولی به‌گونه‌ای حذف و با فناوری باتری جدیدی برای ذخیره‌سازی جریان برق جایگزین شود تا بتواند در اجزای ساختاری خودرو ادغام شود، وزن اضافی به خودرو اضافه نکند؟
به‌گزارش اتوکار، دانشمندان دانشگاه فناوری چالمرز در گوتنبرگ و مؤسسه‌ی فناوری سلطنتی KTH در استکهلم ممکن است جواب این سؤال را بدانند: «ذخیره‌ی انرژی بدون جرم». ایده‌ی سوئدی‌ها به مسابقات گرندپری دهه‌ی ۱۹۶۰ بازمی‌گردد؛ زمانی‌که BRM و لوتوس اولین‌بار از پیشرانه و سیستم انتقال قدرت به‌عنوان بخشی ساختاری از شاسی خودرو استفاده کردند که باعث صرفه‌جویی در وزن قاب فضایی سنتی می‌شد. ذخیره‌ی انرژی بدون جرم معادل امروزی این فناوری است که با ترکیب الکتروشیمیایی لیتیوم‌یون در ساختار ماده‌ای که خودرو از آن تولید می‌شود، کارش را انجام می‌دهد: کامپوزیت فیبر کربن.
باتری‌های لیتیوم‌یون موجود الکترودهای منفی کربن (آند) و الکترود مثبت اکسید فلز (کاتد) دارند که هر دو می‌توانند یون‌های لیتیوم را جذب و هنگام شارژ و تخلیه از‌طریق الکترولیت از قطبی به قطب دیگر حرکت کنند. پروژه‌ی تحقیقاتی مؤسسه‌های سوئدی که سال ۲۰۰۷ آغاز شد، روشی برای تشکیل آند با استفاده از فیبرکربن و تشکیل کاتد با استفاده از فویل آلومینیوم روکش‌شده با فسفات آهن ارائه می‌دهد که با پارچه‌ی الیاف شیشه در مخلوط الکترولیت از هم جدا شده‌اند. در تلاشی جدید، آن‌ها فویل را با فیبرکربن به‌عنوان الکترود مثبت جایگزین و آن را با جدا‌کننده‌‌‌ی نازک‌تری ترکیب می‌کنند؛ بنابراین، ماده‌ی ذخیره‌کننده‌ی انرژی سخت‌تری تولید می‌شود که مقاومت آلومینیوم را دارد؛ اما سبک‌تر است.
تحقیق این مؤسس‌ها در ابتدا بر ریز‌ساختار الیاف کربن متمرکز بود. دانشمندان کشف کردند الیاف کربن با بلورهای کوچک و غیرهم‌جهت سختی کمتری از الیاف با کریستال‌های بزرگ و هم‌جهت دارند؛ اما از خواص الکتروشیمیایی مناسبی برخوردار هستند که آن‌ها را به‌عنوان ماده‌ای مناسب برای آند و کاتد تبدیل میکند. بازار فیبرکربن بیشتر روی مواد درجه‌یک برای ساخت هواپیما متمرکز شده است؛ اما کاهش جزئی سختی مواد برای استفاده در خودروها چندان کار مشکلی نیست.
اگرچه این تحقیقات امیدوارکننده است، ماده‌ی جدید به‌اندازه‌ی باتری معمولی تراکم انرژی مطلوبی ندارد. تراکم انرژی نسخه‌ی مرحله‌ی اول این باتری ۲۴ واتساعتبرکیلوگرم (۴۰ واتساعتبرکیلوگرم برای هر بسته‌ی کامل باتری) داشت که به‌عنوان مثال، تنها ۱۷ درصد از تراکم انرژی باتری ۶۴ کیلووات‌ساعت کیا e-Niro است. بااین‌حال، حذف باتری معمولی با چنین اندازه‌ای باعث می‌شود حدوداً ۴۶۰ کیلوگرم از وزن کلی خودرو کم شود و بر عملکرد و شعاع حرکتی تأثیر چشمگیری بگذارد.
سؤال اصلی این است: چقدر از مواد را می‌توان در ساختار خودرو گنجانید و رابطه‌ی بین کاهش وزن و تراکم انرژی کمتر چگونه خواهد بود؟ کسانی که روی این پروژه کار می‌کنند، امیدوار هستند تراکم انرژی نسخه‌ی مرحله دوم با آند و کاتد فیبر‌کربنی بتواند به ۷۵ واتساعتبرکیلوگرم برسد.
اگرچه روزهای ابتدایی است و هزینه‌ی آن نیز به‌طور‌حتم یکی از مشکلات خواهد بود، امکان ترکیب ماده‌ای در ساختار خودرو الکتریکی کاملا واضح به‌نظر می‌رسد که نه‌تنها می‌تواند انرژی را برای تأمین قدرت مورد‌نیاز موتور الکتریکی ذخیره کند؛ بلکه به تجهیزات کمکی مانند سیستم گرمایش و چراغ‌ها و کولر گازی برق‌رسانی یا انرژی بازیابی‌شده‌ی ترمز احیاشونده را ذخیره کند.
دانشمندان معتقدند استفاده از این فناوری در بدنه‌ی خودرو الکتریکی، می‌تواند ۵۰ درصد وزن خودرو را کاهش دهد. افزون‌براین، ماده‌ی جدید ممکن است با معماری تکامل‌یافته خودرو برقی سازگار باشد که از همان ابتدا با درنظرگرفتن «ذخیره انرژی بدون جرم» می‌تواند طراحی شود.
نظرات