باتری CATLغول چینی تولیدکننده باتری، در حال بررسی فناوری باتری لیتیوم-هوا است که می‌تواند پیمایش خودروهای برقی را تا ۲۰۰۰ کیلومتر افزایش دهد و دنیای حمل‌ونقل آینده را دگرگون سازد.

CATL، بزرگترین تولیدکننده باتریخودروهای برقیدر جهان، در افق بلندمدت خود به دنبال توسعه باتری‌های لیتیوم-هوا است، فناوری که پتانسیل دستیابی به چگالی انرژی بسیار بالا و پیمایش انقلابی را دارد. با این حال، دستیابی به این رقم چشمگیر، چالش‌های مهندسی قابل توجهی را پیش‌رو دارد که هنوز راه‌حل‌های تجاری برای آن‌ها یافت نشده است.

پتانسیل چشمگیر باتری لیتیوم-هوا

بر اساس گزارش‌های منتشر شده، باتری‌های لیتیوم-هوا (Lithium-Air Battery) می‌توانند چگالی انرژی نظری پنج برابر بیشتر از باتری‌های حالت جامد امروزی ارائه دهند که منجر به پیمایش تا ۲۰۰۰ کیلومتر برای خودروهای برقی می‌شود. این فناوری برخلاف باتری‌های لیتیوم-یون معمولی که لیتیوم را بین دو الکترود ذخیره می‌کنند، از لیتیوم فلزی به عنوان الکترود منفی و اکسیژن محیط به عنوان واکنش‌دهنده مثبت استفاده می‌کند. در فرآیند دشارژ، لیتیوم با اکسیژن واکنش داده و پراکسید لیتیوم (Li₂O₂) را تشکیل می‌دهد؛ هنگام شارژ، واکنش برعکس شده و اکسیژن آزاد می‌شود. همین ویژگی بهره‌گیری از اکسیژن محیط، به این فناوری چگالی انرژی نظری بالایی می‌بخشد، اگرچه این ارقام (مثلاً ۳۵۰۵ وات‌ساعت بر کیلوگرم) تنها پتانسیل الکتروشیمیایی را نشان می‌دهند و عملکرد نهایی یک باتری خودرویی را منعکس نمی‌کنند.

باتری CATLاین فناوری را به عنوان یک پروژه تحقیقاتی بلندمدت معرفی کرده و هیچ جدول زمانی برای تولید تجاری آن اعلام نکرده است. نقشه راه فعلی این شرکت برای تجاری‌سازی، بر باتری‌های سدیم-یون و حالت جامد تمرکز دارد.

چالش‌های مهندسی پیش‌روی باتری‌های ۲۰۰۰ کیلومتری

با وجود پیشرفت‌های آزمایشگاهی در دهه‌های اخیر، چالش‌های مهمی برای تبدیل باتری‌های لیتیوم-هوا به یک راهکار عملی برای خودروهای سواری وجود دارد

1. مدیریت هوا و پیچیدگیباتری‌های لیتیوم-هوا نیازمند اکسیژن هستند، اما باید در برابر رطوبت و دی‌اکسید کربن محیط محافظت شوند تا از واکنش‌های ناخواسته و تخریب قطعات جلوگیری شود. این امر مستلزم سیستم‌های پیچیده مدیریت هوا، فیلتراسیون و کنترل رطوبت است که خود وزن، حجم و مصرف انرژی اضافی را به خودرو تحمیل می‌کند.
2. شارژپذیری و بهره‌وریحذف پراکسید لیتیوم از کاتد در حین شارژ، نیازمند انرژی اضافی است و می‌تواند گونه‌های اکسیژن واکنشی تولید کند که به الکترولیت و دیگر اجزا آسیب می‌رسانند. این واکنش‌های جانبی به از دست دادن ظرفیت و کاهش عمر چرخه منجر می‌شوند. آندهای لیتیوم فلزی نیز با مشکل ناپایداری در طول فرآیندهای مکرر رسوب و حذف لیتیوم مواجه‌اند.
3. چگالی انرژی و عملکرد خودرویک خودروی سواری علاوه بر چگالی انرژی (مقدار انرژی ذخیره شده در هر واحد جرم یا حجم)، به چگالی توان (سرعت تحویل انرژی) کافی برای شتاب‌گیری، سبقت گرفتن و رانندگی پایدار نیز نیاز دارد. یک باتری با چگالی انرژی بالا اما توان خروجی پایین، برای خودرو مناسب نخواهد بود و باید در فضای محدود محفظه باتری خودرو نیز جای گیرد.

تیم‌های تحقیقاتی مختلف از جمله محققان مرتبط با دانشگاه جیلین و آکادمی علوم چین، پیشرفت‌هایی در دستیابی به چگالی انرژی قابل توجه و عمر چرخه در شرایط آزمایشگاهی داشته‌اند، اما این نتایج هنوز راه به کاربردهای تجاری و خودرویی پیدا نکرده‌اند.

• آشنایی با خطرات باتری خودرو؛ از اسید سولفوریک تا احتمال انفجار
• چرا شارژ سریع به باتری خودروهای برقی آسیب می‌زند؟

فناوری باتری لیتیوم-هوا، علی‌رغم پتانسیل بی‌نظیر برای افزایش پیمایش خودروهای برقی به ۲۰۰۰ کیلومتر، هنوز نیازمند پیشرفت‌های چشمگیری در پایداری، توان خروجی، مدیریت هوا، بهره‌وری و بسته‌بندی کامل سیستم است تا بتواند برای خودروهای سواری مناسب باشد. فعلاً، این پیمایش رویایی در حد یک امکان نظری باقی مانده است.