چینی‌ها از پلاستیک باتری ساختند؛ خداحافظی خودروهای برقی با فلزات کمیاب و گران؟

صنعت خودروهای برقی با چالش تأمین فلزات سنگینی مانند کبالت و نیکل دست و پنجه نرم می‌کند. اما اخیراً مطالعه‌ای انجام شده که می‌تواند معادلات بازار باتری را تغییر دهد.

به گزارش آخرین خودرو، شاید بدانید بیشتر باتری‌هایی که امروز در خودروهای برقی استفاده می‌شوند، وابستگی شدیدی به فلزات گران‌قیمت و کمیاب دارند؛ موادی که استخراج آنها علاوه بر هزینه بالا، اغلب با مسائل زیست محیطی و شرایط کاری نامناسب همراه است. نتایج مطالعه مورد بحث نشان می‌دهد شاید بتوان این فلزات سنگین را با ماده‌ای بسیار سبک‌تر و در دسترس‌ تر جایگزین کرد: پلیمرهای آلی.

معرفی باتری آلی جدید در مجله Nature

این پروژه تحقیقاتی به رهبری پروفسور «شون یینهوا» از دانشگاه تیانجین و پروفسور «هوانگ فی» از دانشگاه فناوری جنوب چین انجام شده و نتایج آن در نشریه معتبر نیچر منتشر شده است. تیم پژوهشی در این مطالعه از نوعی ماده پلاستیک‌مانند مخصوص به نام PBFDO استفاده کرده‌ که نقش کاتد را در ساختار باتری ایفا می‌کند.

برخلاف باتری‌های لیتیوم-یونی رایج که از ترکیبات فلزی در بخش‌های کلیدی خود بهره می‌برند، این فناوری جدید از یک پلیمر آلی به عنوان عنصر اصلی استفاده می‌کند. در واقع، این باتری را می‌توان نخستین نمونه عملی از یک باتری «ارگانیک» دانست که توان رقابت با فناوری‌های متداول بازار خودروهای برقی را دارد.

عملکرد پایدار در سرمای قطبی و گرمای بیابانی

یکی از مشکلات رایج باتری خودروهای الکتریکی حساسیت بالا به دمای محیط است. شاید بدانید در هوای بسیار سرد، باتری‌ها دچار افت توان و کاهش شارژدهی می‌شوند. در دمای بالا نیز خطرات ایمنی افزایش می‌یابد.

اما باتری آلی جدید بازه عملکردی چشمگیری دارد. این باتری می‌تواند در دماهایی بین منفی ۷۰ درجه و تا ۸۰ درجه سانتی‌گراد بدون مشکل کار کند. چنین گستره دمایی به آن معناست که یک خودروی برقی مجهز به این باتری می‌تواند در سرمای زمستان‌های قطبی به ‌راحتی روشن شود یا در گرمای سوزان بیابان‌ها بدون نگرانی به حرکت ادامه دهد. این ویژگی برای بازارهای جهانی خودرو، به ویژه در مناطق با شرایط آب و هوایی سخت، یک مزیت کلیدی محسوب می‌شود.

چگالی انرژی ۲۵۰ وات ساعت بر کیلوگرم

محققان برای اثبات عملی بودن این فناوری، نمونه‌های واقعی تولید کرده‌اند. این سلول‌ها دارای چگالی انرژی ۲۵۰ وات ساعت بر کیلوگرم هستند؛ عددی که با بسیاری از باتری‌های پیشرفته مورد استفاده در خودروهای برقی مدرن برابری می‌کند.

در گذشته، تلاش‌ها برای استفاده از مواد آلی در باتری‌ها معمولاً به دلیل ضعف در ظرفیت ذخیره انرژی با شکست مواجه می‌شد. اما در این پژوهش، برای نخستین بار نشان داده شد که یک باتری مبتنی بر پلیمر آلی می‌تواند از نظر عملکرد انرژی با فناوری‌های رایج بازار رقابت کند.

ایمنی بی‌سابقه؛ بدون آتش‌سوزی حتی پس از سوراخ شدن

ایمنی یکی از دغدغه‌های جدی در صنعت خودروهای برقی است. باتری‌های لیتیومی سنتی در صورت ضربه شدید، له شدن یا سوراخ شدن می‌توانند دچار آتش‌سوزی شوند. این اتفاق در برخی تصادفات جاده‌ای رخ داده و جنجال‌های زیادی به دنبال داشته است.

تیم تحقیقاتی برای سنجش ایمنی، آزمایش‌های سخت‌گیرانه‌ای روی این باتری انجام داده؛ از جمله فرو کردن مستقیم یک سوزن درون سلول باتری. نتیجه این تست شگفت‌انگیز بوده و هیچ اثری از دود، آتش و حتی تغییر شکل مشاهده نشده است. چنین رفتاری می‌تواند استانداردهای ایمنی خودروهای برقی را وارد مرحله‌ای تازه کند.

انعطاف‌پذیری بالا؛ طراحی نسل جدید شاسی خودروهای برقی

از آنجایی که ماده PBFDO یک پلیمر است، ساختار انعطاف‌پذیری دارد. پژوهشگران اعلام کردند این باتری را می‌توان خم کرد، کشید و حتی تحت فشار قرار داد، بدون آنکه دچار شکست ساختاری شود.

این ویژگی می‌تواند مسیر طراحی خودروهای الکتریکی را متحول کند. به جای یک پک باتری بزرگ و سنگین در کف خودرو، در آینده ممکن است باتری‌ها در قالب‌های متنوع‌تری طراحی شوند یا حتی بخشی از ساختار بدنه و شاسی خودرو باشند. چنین رویکردی می‌تواند وزن خودرو را کاهش داده و بهره‌وری انرژی را افزایش دهد.

مواد اولیه در دسترس؛ گامی بزرگ به‌سوی تولید پایدار خودرو

یکی از مهم‌ترین مزایای این فناوری، منشأ مواد اولیه آن است. در حالی که استخراج کبالت و نیکل فرایندی پرهزینه و پیچیده دارد، پلیمرهای آلی از مولکول‌های رایج و در دسترس ساخته می‌شوند. این موضوع می‌تواند زنجیره تأمین باتری خودروهای برقی را ساده‌تر، ارزان‌تر و پایدارتر کند.

با توجه به رشد سریع بازار خودروهای برقی در سال ۲۰۲۶ و برنامه بسیاری از خودروسازان برای معرفی نسل‌های جدید باتری، این فناوری دقیقاً در راستای روندهای فعلی صنعت حرکت می‌کند. برخی شرکت‌ها روی باتری‌های جامد سرمایه‌گذاری کرده‌اند و برخی دیگر به سراغ فناوری سدیمی رفته‌اند. اکنون مسیر پلیمرهای آلی نیز به عنوان گزینه‌ای جدی مطرح شده است.

آیا باتری‌های مبتنی بر پلیمر آینده صنعت خودرو را می‌سازند؟

هرچند این فناوری هنوز در مرحله نمونه اولیه قرار دارد، اما دستیابی به چگالی انرژی ۲۵۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم، عملکرد پایدار در بازه دمایی گسترده و سطح ایمنی بالا نشان می‌دهد که باتری‌های آلی می‌توانند به یکی از بازیگران اصلی آینده خودروهای برقی تبدیل شوند. اگر این تکنولوژی به تولید انبوه برسد، نه تنها هزینه ساخت خودروهای الکتریکی کاهش می‌یابد، بلکه وابستگی به فلزات کمیاب نیز کمتر خواهد شد؛ موضوعی که می‌تواند رقابت در بازار جهانی خودروهای برقی را وارد مرحله‌ای تازه کند.