شیمی باتری از آنچه تصور می‌کنید روی عملکرد خودرو تاثیرگذارتر است.
عصر، عصر خودروهای برقی است. کمتر کسی از این انقلاب بزرگ در صنعت ودرو بی‌خبر مانده و تقریبا همگی درحال کنار آمدن با آن هستند. این خودروهای نوآورانه که قدمت چندان زیادی در صنعت خودرو ندارند، در گذشته بخشی از آرزو و دورنمای بشر بودند که حال به یک واقعیت تبدیل شده‌اند. شاید بپرسید په چیزی به این انقلاب کمک کرد؟ یکی از مهم‌ترین بخش‌های توسعه و آماده‌سازی خودروهای برقی، رشد صنعت الکترونیک و شیمی و درنتیجه توسعه باتری‌های قدرتمندی بود که توان حرکت خودروها را داشتند.
فارغ از اینکه این باتری‌ها در چه بسته‌بندی‌هایی گردهم می‌آمدند و یک بسته باتری بزرگ و کاربردی را شکل می‌دادند، هر کدام می‌توانستند از یک شیمی متفاوت استفاده کنند. در ادامه به ۵ نوع شیمی برتر در جهان باتری‌های خودروهای برقی نگاهی خواهیم انداخت؛ اما پیش از آن، بهتر است با مفهوم شیمی باتری آشنا شویم:
شیمی باتری چیست؟
در حوزه باتری خودروهای برقی، شیمی یا ساختار شیمیایی باتری به ترکیب مشخص مواداولیه شکل‌دهنده استفاده‌شده در اجزای باتری گفته می‌شود. شیمی باتری مواد به‌کاررفته در کاتود، آنود و الکترولیت سلول باتری را مشخص می‌کند. اگر با این اجزا آشنایی ندارید، بهتر است مقاله «همه آن چیزی که باید درباره باتری خودروهای الکتریکی بدانید» را مطالعه کنید.
مقالات مرتبط:
شیمی باتری چه تاثیری روی عملکرد باتری دارد؟
شیمی باتری، اساس عملکرد خودروهای برقی را تشکیل می‌دهد. این امر عوامل مهمی مانند مسافت قابل پیمایش (تراکم انرژی)، شتاب (تراکم توان)، طول عمر باتری (تعداد دفعات شارژ و دشارژ) و ایمنی را مشخص می‌کند. انواع مختلف شیمی باتری، مزایا و معایب متفاوتی دارند؛ برخی بر مسافت طولانی، برخی بر ایمنی و برخی بر شارژ سریع تأکید می‌کنند. در نهایت، نوع شیمی انتخاب‌شده تعیین می‌کند که یک خودروی برقی در شرایط واقعی چگونه کار می‌کند.
برترین ساختار باتری خودروهای برقی
حال می‌توانیم به برترین و محبوب‌ترین شیمی باتری از دید تولیدکنندگان، نگاهی داشته باشیم و مزایا و معایب هر یک را بررسی کنیم.
LFP (لیتیوم آهن فسفات)
باتری‌های LFP از ماده لیتیوم آهن-فسفات با فرمول شیمیایی LiFePO4 در کاتود خود استفاده می‌کنند. این نوع باتری که به پایداری بالای خود شناخته می‌شود در شرایطی کاربرد دارد که کنترل دمایی باتری اهمیتی دوچندان داشته باشد.
ازجمله مزایای باتری‌های LFP می‌توان به ایمنی بالا، طول عمر و چرخه شارژ بالا و هزینه تولید مناسب اشاره کرد که آن را برای استفاده در خودروهای اقتصادی ارزان‌قیمت با گستره مسافت قابل‌پیمایش متوسط مناسب می‌کند. اما این شیمی منحصربه‌فرد معایبی هم دارد که ازجمله مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به چگالی کم انرژی و عملکرد ضعیف‌تر در دمای پایین و فصول سرد اشاره کرد.
NMC (لیتیوم نیکل منگنز کوبالت اکسید)
کاتود باتری‌های با شیمی NMC از ترکیب عناصر نیکل، منگنز و کوبالت تشکیل شده است. مهندسان شیمی با توجه به نیازی که از باتری دارند، درصد و نسبت ترکیب این عناصر را تغییر می‌دهند. برای نمونه استفاده از نیکل بیشتر منجر به افزایش چگالی انرژی خواهد شد؛ درحالی‌که افزایش منگنز پایداری را بیشتر خواهد کرد.
از مزایای این ترکیب شمیایی که آن را برای استفاده در محصولات میان‌رده و حتی بالارده با تعادل میان عملکرد و مسافت قابل‌پیمایش مناسب می‌کند می‌توان به چگالی انرژی بالا و عملکرد کلی خوب اشاره کرد. NMC گزینه مناسبی برای خودروهای روزمره به شمار می‌رود اما به‌خاطر استفاده از مواداولیه کمیاب، هزینه تولید بالایی دارد و زنجیره تامین نامتعادلی دارد. ناگفته نماند که این ساختار شیمیایی در مقایسه با باتری‌های LFP از کنترل حرارتی کمتری برخوردار است.
NCA (لیتوم نیکل کوبالت آلومینیوم اکسید)
کاتود باتری NCA از سه عنصر نیکل، کوبالت و آلومینیوم تشکیل شده است. در این نوع باتری‌ها از درصد بیشتری از نیکل استفاده می‌شود تا چگالی انرژی افزایش پیدا کند. کاربرد باتری‌های NCA در خودروهای بالارده و لوکس بیشتر است؛ چراکه توان فراهم کردن گستره مسافت قابل‌پیمایش بالا و قدرت زیادی را دارد.
از مزایای شیمی NCA می‌توان به چگالی انرژی بسیار بالای آن و قدرت خروجی بالایش اشاره کرد که آن را برای خودروهای عملکرد بالا و سریع هم مناسب می‌کند. همان‌طور که انتظار می‌رود، تولید این باتری عملکرد بالا هم هزینه زیادی را در بر دارد و مدیریت حرارتی سخت‌تری دارد؛ به‌این‌ترتیب ریسک ایمنی آن هم بالاتر است.
SS (حالت جامد)
باتری‌های حالت جامد نوعی از باتری‌های نسل بعدی به شمار می‌روند که برخلاف نمونه‌هاهی متداول امروزی، از الکترولیت جامد استفاده می‌کنند. امروزه تقریبا تمام باتری‌سازان بزرگ جهان مانند CATL با تکیه‌بر مواداولیه‌ای مانند پلیمرها و سرامیک‌های گوناگون به‌دنبال توسعه نمونه حالت جامد خود هستند. برای آشنایی بیشتر با این نوع باتری مقاله «آنچه درباره باتری حالت جامد می‌دانیم» را مطالعه کنید.
از جمله مزایای باتری‌های حالت جامد، ایمنی بسیار بالای و کاهش ریسک آتش‌سوزی است. این دسته از باتری‌ها که هنوز به‌طور رسمی در بازار خودرو عرضه نشده‌اند، چگالی انرژی بسیار بالایی دارند و در مقایسه با نمونه‌های متداول لیتیوم‌یونی چندین برابر سریع‌تر شارژ می‌شوند. متاسفانه صنعت هنوز موفق به عملیاتی‌سازی این باتری‌ها نشده است چراکه هنوز چه از نظر فناوری و چه از نظر هزینه، استفاده انبوه از این باتری‌ها منطقی نیست.
NiMH (نیکل آهن هیدرید)
کاتود باتری‌های NiMH از جنس اکسید نیکل تشکیل شده است که درکنار آنود آلیاژی با قابلیت جذب هیدروژن به انجام‌وظیفه می‌پردازد. این دسته از باتری‌ها بیشتر در خودروهای هیبریدی کاربرد دارند. برای آشنایی بیشتر با این نوع خودروها مقاله «خودروی هیبریدی چیست؟ طرز کار، انواع و هر آنچه باید بدانید» را مطالعه کنید.
ازجمله مزایای باتری‌های با شیمی NiMH می‌توان به ایمنی بالای آن‌ها اشاره کرد. این شیمی منحصربه‌فرد با زمینه‌های گوناگون هم تطبیق‌پذیری خوبی دارد و با محیط‌زیست سازگارتر است. متاسفانه باتری‌های NiMH وزن بالایی دارند و خودبه‌خود شارژ کم می‌کنند. ترکیب این معایب با چگالی انرژی پایین باعث می‌شود که این دسته از باتری‌ها در وسایل‌نقلیه هیبریدی استفاده شوند.
