یک باتری جدید از نوع سدیم-فلزی، در زمینه سرعت شارژ، رکوردی قابل توجه ثبت کرده که عملکرد خودروهای برقی فعلی را در قیاس با آن، بسیار کند جلوه میدهد. در آزمونهای آزمایشگاهی، این سلول با نرخ 15C به کار گرفته شد که معادل تکمیل فرآیند شارژ یا دشارژ در مدت زمانی حدود 4 دقیقه است.لازم به توضیح است که این دستاورد به معنای شارژ کامل یک خودروی برقی در مدت زمان یادشده نیست؛ چراکه این نتیجه، مبتنی بر یک سلول آزمایشی کوچک با بهرهگیری از یک الکترولیت شبهجامد جدید حاصل شده، در حالی که نمونه اولیه از نوع سلول کیسهای با ابعاد بزرگتر، عملکردی به مراتب ضعیفتر از خود نشان داده است.
چگونگی دستیابی به شارژ چهار دقیقهای
این باتری از یک الکترولیت ژلمانند با نام Sn-FB QSE بهره میبرد که به توزیع یکنواختتر یونهای سدیم کمک کرده و سطح فلز را در طول فرآیند شارش، پایدار نگه میدارد. این پایداری، یکی از چالشهای اساسی باتریهای سدیم-فلزی را مرتفع میسازد؛ چراکه سدیم ممکن است رسوبات سوزنیشکلی به نام دندریت ایجاد کند که میتوانند به دیواره سلول نفوذ کرده و موجب اتصال کوتاه شوند. ساختار ژلمانند و سختتر این الکترولیت، نقاط ضعف آغازگر تشکیل دندریتها را به میزان قابل توجهی کاهش داده است. در نرخ 15C، سلول کامل توانست ظرفیتی معادل 80.1 میلیآمپر-ساعت بر گرم ارائه دهد. هرچند این نتیجه در سطح آزمایشگاهی چشمگیر است، اما نباید آن را با شارژ کامل یک بسته باتری خودروی برقی در شرایط واقعی، همراه با ملاحظات حرارتی، توانی و ایمنی، برابر دانست.
نکته کلیدی در مورد دوام باتری
بهترین نتیجه از نظر طولعمر، در نرخ کندتر 3C (معادل حدود 20 دقیقه) به دست آمد، که در آن سلول کامل پس از 2000 چرخه، 90٪ از ظرفیت اولیه خود را حفظ کرد. همچنین در یک آزمون جداگانه با پیکربندی سدیم-به-سدیم، عملکردی پایدار به مدت بیش از 6000 ساعت بدون وقفه ثبت شد. این آزمون سادهتر، صرفاً یکنواختی رسوبگذاری سدیم را بررسی میکند و بیانگر عملکرد یک باتری کامل در تغذیه یک دستگاه نیست. نتایج مذکور نشان میدهند که الکترولیت جدید، پایداری را در چندین آزمون ارتقاء داده است؛ اما در هیچیک از آزمونها، ترکیب همزمان شارژ 4 دقیقهای، حفظ ظرفیت پس از 2000 چرخه و دوام 6000 ساعته در یک سلول واحد مشاهده نشده است.
فاصله قابل توجه تا کاربرد در خودروی برقی
محققان همچنین نمونه اولیهای از سلول کیسهای با ابعاد کوچک ساختند که به فرمت باتریهای مورد استفاده در محصولات تجاری نزدیکتر است. این نمونه در نرخ آهسته 0.1C، پس از 19 چرخه، 84٪ ظرفیت خود را حفظ کرد. نمونه دیگر نیز در نرخ 0.2C و تحت فشار ملایم، پس از 100 چرخه، 60٪ ظرفیت باقیمانده را نشان داد. هیچیک از سلولهای کیسهای مذکور به سرعت شارژ یا طولعمر اعلامشده دست نیافتند. بنابراین، گام اساسی بعدی، توسعه یک سلول کیسهای با ابعاد بزرگتر است که بتواند ضمن حفظ شارژپذیری سریع، در طول صدها چرخه بدون تخریب شدید و بدون نیاز به اعمال فشار خارجی یا خطر نفوذ، عملکرد پایداری ارائه دهد.
