پرواز با باتری‌های جدید؛ انقلابی در صنعت هواپیماهای برقی با فناوری لیتیوم-گوگرد
محققان دانشگاه موناش استرالیا با دستیابی به فناوری جدید باتری‌های لیتیوم-گوگرد، گامی بزرگ در رفع چالش‌های پیش روی توسعه هواپیماهای الکتریکی با قابلیت نشست و برخاست عمودی (eVTOL) برداشته‌اند. این فناوری، چگالی انرژی تقریباً دو برابر باتری‌های لیتیوم-یون را با قابلیت شارژ و دشارژ سریع ارائه می‌دهد که برای پرواز این نوع هواپیماها حیاتی است.
اخبار بازار ایران؛ مهرداد تیموری – باتری‌های لیتیوم-گوگرد (Li-S) با وعده ذخیره‌سازی انرژی با چگالی بالا، از گذشته مورد توجه بوده‌اند، اما مشکل اصلی آنها، سرعت پایین شارژ و دشارژ بود. اکنون، محققان دانشگاه موناش با استفاده از یک کمپلکس پلی وینیل پیرولیدون به عنوان تسهیل‌کننده واکنش‌های شیمیایی درون باتری، این مشکل را تا حد زیادی برطرف کرده‌اند. این یافته که در مجله Advanced Energy Materials منتشر شده، نشان می‌دهد که این باتری‌های جدید نه تنها سریع‌تر و متراکم‌تر هستند، بلکه به طور قابل توجهی سبک‌تر و ارزان‌تر نیز تولید می‌شوند.
پروفسور میناک ماجومدر، از اعضای تیم تحقیقاتی، می‌گوید: «با تمرکز بر مواد به راحتی در دسترس، فرصت مناسبی برای ورود به مرحله تولید انبوه فراهم شده است.» نکته جالب اینجاست که این کشف با الهام از شیمی بتادین، یک ضدعفونی کننده رایج خانگی، صورت گرفته است. مالیشا نیششانکه، دانشجوی دکترا و از اعضای تیم، در این باره می‌گوید: «با الهام از شیمی بتادین، راهی برای افزایش سرعت شارژ و دشارژ پیدا کردیم.»
اگرچه باتری‌های لیتیوم-یون از دهه ۱۹۸۰ در دستگاه‌های مختلف از خودروها گرفته تا ساعت‌های هوشمند مورد استفاده قرار گرفته‌اند، اما جالب است بدانید که باتری‌های لیتیوم-گوگرد حدود ۲۰ سال قبل از آنها توسعه یافته بودند. با این حال، به دلیل مشکلاتی در ساختار شیمیایی آنها، استفاده از آنها فراگیر نشد. مشکل اصلی این باتری‌ها، رسوب ناهمگون لیتیوم روی آند در هنگام شارژ مجدد بود که باعث تخریب آند و الکترولیت، کاهش چرخه‌های شارژ، کاهش توان خروجی و افزایش خطر اتصال کوتاه و آتش‌سوزی می‌شد.
با پیشرفت‌های اخیر و دستاورد جدید دانشگاه موناش، به نظر می‌رسد که استفاده گسترده از باتری‌های Li-S در آینده نزدیک محتمل باشد. محققان معتقدند که فناوری سبک وزن آنها برای پهپادها بسیار مناسب است و قصد دارند ظرف یک سال آینده، قابلیت آن را در پهپادهای تجاری و هواپیماهای eVTOL به نمایش بگذارند.
پروفسور ماجومدر در این باره توضیح می‌دهد: «کاتالیزور ما به طور چشمگیری عملکرد C-rate (نرخ دشارژ نسبت به حداکثر ظرفیت) باتری‌های Li-S را بهبود بخشیده است. با تولید انبوه، این فناوری می‌تواند چگالی انرژی تا ۴۰۰ Wh/kg را ارائه دهد که آن را برای کاربردهایی مانند هوانوردی، که نیاز به عملکرد دینامیکی بالا در هنگام برخاست و تغییر به عملکرد با توان پایین‌تر در هنگام پرواز دارند، ایده‌آل می‌سازد.»
این میزان، برتری قابل توجهی نسبت به باتری‌های لیتیوم-یون معمولی با چگالی انرژی بین ۱۵۰ تا ۲۳۵ Wh/kg دارد. باتری‌های آند کامپوزیت سیلیکونی ProLogium نیز با چگالی ۳۲۱ Wh/kg معرفی شده‌اند، اما هنوز به تولید انبوه نرسیده‌اند. دشارژ سریع برای هواپیماهای eVTOL بسیار مهم است، زیرا برای برخاست و فرود به توان خروجی بالایی نیاز است.
یکی دیگر از مزایای باتری‌های Li-S، کاهش وابستگی به منابع کمیاب و گران‌قیمت مانند کبالت است. در مقابل، گوگرد به وفور و با هزینه کمتری در دسترس است.
دانشگاه موناش برای تجاری‌سازی این فناوری، استارتاپی به نام Ghove Energy را تأسیس کرده است. تیم تحقیقاتی همچنان در تلاش برای بهبود سرعت شارژ و دشارژ و کاهش میزان لیتیوم مورد نیاز در هر سلول است.
شرکت چینی CATL نیز در حال توسعه باتری‌های متراکم برای eVTOLها با چگالی انرژی ۵۰۰ Wh/kg است و اعلام کرده که این باتری‌ها در حال حاضر در هواپیماها آزمایش می‌شوند.
