مهندسین دانشگاه MIT روشی را ایجاد کرده اند که امکان انتقال سریع انرژی الکتریکی را فراهم می کند، پیش رفتی که می تواند منجر به باتری های کوچک تر و سبک تر برای تلفن های همراه و سایر دستگاه ها شود. این باتری می تواند به جای چند ساعت در چند ثانیه شارژ شود.
به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز)، این کار جدید می تواند امکان شارژ باتری های خودروهای الکتریکی را نیز فراهم کند، هر چند این کاربرد خاص با توجه به مقدار توان قابل دست رسی برای صاحب خانه از شبکه ی برق محدود می شود.
این کار که توسط گربرند سدر، استاد مهندسی و علوم مواد سرپرستی شد، در نسخه ی 12 مارچ مجله ی Nature منتشر شد. با توجه به این که ماده ی به کار رفته، جدید نیست و پژوهش گران تنها تغییر ساده ای در شیوه ی تولید آن ایجاد کرده اند، سدر بر این باور است که این کار طی دو تا سه سال آتی روانه ی بازار می شود.
باتری های لیتیمی قابل شارژ جدید چگالی انرژی بسیار بالایی دارند و برای انباشت مقدار زیادی بار الکتریکی مناسب هستند. این باتری ها آهنگ توان را به طور نسبی کاهش می دهند و در دریافت و تخلیه ی این انرژی کند عمل می کنند. باتری های کنونی را در خودروهای الکتریکی در نظر بگیرید. سدر گفت: "این باتری ها انرژی بسیار زیادی دارند، بنابراین می توان با سرعت 55 مایل در ساعت برای مدت زمان طولانی رانندگی کرد اما توان پایین است و نمی توان به سرعت شتاب گرفت."
اما چرا از میزان توان پایین استفاده می شود؟ پیش از این ها دانش مندان تصور می کردند که یون های لیتیم که وظیفه ی حمل بار در طول باتری را هم راه با الکترون ها بر عهده دارند، درون ماده به کندی حرکت می کنند.
حدود پنج سال پیش سدر و هم کارانش کشف شگفت انگیزی را انجام دادند. محاسبات رایانه ای ماده ی باتری شناخته شده یعنی فسفات آهن لیتیم پیش بینی کرد که یون های لیتیم این ماده در حقیقت با سرعت بسیار بالایی حرکت می کنند.
سدر گفت: "اگر انتقال یون های لیتیم بسیار سریع باشد، چیز دیگری مشکل آفرین است."
محاسبات بیش تر نشان داد که یون های لیتیم در حقیقت می توانند بسیار سریع در داخل ماده حرکت کنند اما تنها از طریق تونل های قابل دست یابی از سطح ماده. اگر یک یون لیتیم در سطح ماده در مقابل ورودی یکی از تونل ها قرار گیرد، مشکلی پیش نمی آید: این یون درون تونل به حرکت در می آید. اما اگر یون مقابل تونل قرار نگیرد، به ورودی تونل نمی رسد چون نمی تواند حرکت کند.
سدر و بیونگوو کانگ، دانشجوی فارغ التحصیل مهندسی و علوم مواد، روشی برای حل مشکل با ایجاد ساختار سطح جدید ابداع کردند که به یون های لیتیم اجازه می دهد در قسمت بیرونی ماده به سرعت حرکت کنند. زمانی که یک یون حین گردش در روی سطح ماده به یکی از تونل ها می رسد، فورا به درون آن کشیده می شود.
با به کارگیری روش جدید، آن ها به سمت ساخت یک باتری کوچک حرکت کردند که می تواند ظرف 10 تا 20 ثانیه شارژ یا تخلیه شود (زمان شارژ یا تخلیه ی برای سلول ساخته شده از ماده ی توسعه نیافته 6 دقیقه است).
سدر توضیح داد که آزمایش های بیش تر نشان داد که بر خلاف سایر مواد باتری، این ماده ی جدید مانند زمانی که مرتبا شارژ و تخلیه می شود، دچار تنزل نمی شود. این امر می تواند منجر به ساخت باتری های کوچک تر و سبک تر شود چون مواد کم تری مورد نیاز خواهد بود.
سدر و کانگ مقاله ی خود را در مجله ی Nature این گونه به پایان رساندند: "توانایی شارژ و تخلیه ی باتری ها ظرف چند ثانیه به جای چندین ساعت می تواند راهی به سمت لوازم تکنولوژیکی بگشاید و دگرگونی هایی را در شیوه ی زندگی فراهم کند."
این کار از طرف سازمان علمی ملی به واسطه ی برنامه ی مراکز مهندسی و علوم پژوهشی مواد و برنامه ی باتری هایی برای انتقال پیش رفته ی دپارتمان انرژی امریکا حمایت می شد و تحت لیسانس دو شرکت قرار داشت.
