وبگاه تِک‌اِکسپلور در گزارشی آورده است:

این دستاورد نه تنها می‌تواند نرخ دورریز باتری‌ها را کاهش دهد، بلکه اثرات زیست‌محیطی ناشی از استخراج نیکل و کبالت را نیز کمتر می‌کند.

باتری‌های لیتیوم‌یونی که قلب تپنده خودروهای برقی محسوب می‌شوند، معمولاً با تغییرات شیمیایی یا مواد خاص بهبود می‌یابند؛ اما پژوهشگران دانشگاه کمبریج، در مطالعه‌ای جدید که نتایج آن در مجله نیچِر انرجی/ Nature Energy منتشر شده، دریافته‌اند که فشار فیزیکی ساده و مداوم می‌تواند عمر این باتری‌ها را تا دو برابر افزایش دهد.

این میزان بهبود در صنعت باتری بی‌سابقه است، زیرا تغییرات معمول در ترکیب باتری معمولاً تنها ۵ تا ۱۰ درصد افزایش عمر به همراه دارد.

در سطح پایه، باتری‌های لیتیوم‌یونی از سه بخش اصلی تشکیل شده‌اند: آند (قطب منفی)، کاتد (قطب مثبت) و الکترولیت (ماده واسط یا مایع درون باتری). در هر چرخه شارژ و دشارژ (تخلیه شارژ)، یون‌های لیتیوم بین آند و کاتد در حرکت هستند و این جابه‌جایی باعث می‌شود باتری مانند یک موجود زنده، منبسط و منقبض شود. این انبساط و انقباض مداوم، به مرور زمان به باتری آسیب می‌زند.

پروفسور مایکل دو وولدر (Michael De Volder) از دانشگاه کمبریج و یکی از سرپرستان این پژوهش، توضیح داد: این چرخه تنش و رهاشدن برای باتری‌ها مضر است. بسیاری از پژوهش‌ها روی بهبود باتری‌های لیتیوم‌یونی توسط شیمی‌دانان و فیزیکدانان انجام می‌شود، اما من به‌عنوان یک مهندس مکانیک، می‌خواستم نقش مکانیک را هم بررسی کنم.

دستگاه جدید؛ نگه‌دارنده فشار در منطقه «طلایی»

پژوهشگران برای بررسی این موضوع، دستگاهی ابداع کردند که با استفاده از کیسه‌های هوای کوچک (که مانند یک گیره خودتنظیم عمل می‌کنند)، فشار ثابتی بر باتری اعمال می‌کند. این دستگاه فشار را در محدوده‌ای بهینه نگه می‌دارد و با کمک یک حسگر، تغییرات حجمی باتری را در حین شارژ و دشارژ زیر نظر دارد.

آن‌ها دریافتند که فشار مطلوب برای افزایش عمر باتری، حدود ۱۲.۵ بار (واحد فشار، تقریباً چهار برابر فشار استاندارد در باتری‌های معمولی) است. پروفسور دو وولدر توضیح داد: فشار باید دقیقاً در منطقه مناسب خود باشد. اگر فشار بیش از حد باشد، روی آند (قطب منفی) رسوب لیتیوم تشکیل می‌شود و اگر فشار کم باشد، کاتد (قطب مثبت) ترک می‌خورد. آزمایشات ما نقطه مطلوب را پیدا کرده است.

دو برابرشدن عمر؛ کاهش نیاز به استخراج مواد خام

این فناوری هنوز در مقیاس آزمایشگاهی است، اما نتایج آن برای بازار رو به رشد خودروهای برقی اهمیت زیادی دارد. افزایش عمر باتری به معنای کاهش تعداد دفعاتی است که باتری‌ها به محل دفن زباله یا مراکز بازیافت می‌روند. همچنین با کاهش نیاز به تولید باتری‌های جدید، فشار بر استخراج مواد خام مانند نیکل و کبالت (که اغلب در شرایط بسیار نامناسب کاری استخراج می‌شوند) نیز کمتر می‌شود.

پروفسور دو وولدر در پایان گفت: ما راهکاری برای خودروهای برقی پاک‌تر ارائه داده‌ایم، اما باید مراقب باشیم که این راه‌حل، مشکلات زیست‌محیطی تازه‌ای در نقاط دیگر جهان ایجاد نکند. اگر بتوانیم نیاز به استخراج مواد خام را کاهش دهیم، این خود یک دستاورد مهم خواهد بود. هرچه عمر باتری بیشتر باشد، تعداد دفعات بازیافت آن کمتر می‌شود و ما در حال حاضر در بازیافت باتری‌ها چندان موفق نیستیم.

گروه پژوهشی برای این فناوری درخواست ثبت اختراع کرده‌اند و امیدوارند که این روش ساده و کم‌هزینه، بتواند به افزایش عمر باتری خودروهای برقی و کاهش اثرات زیست‌محیطی آن کمک کند.