روشی برای ساخت باتری‌های ایمن‌تر و قوی‌تر
تاریخ انتشار: ۱۷ اسفند ۱۴۰۰ | کد خبر: ۳۴۵۵۰۵۵۱
پژوهشگران آمریکایی، روش جدیدی برای ساخت باتری خودروهای الکتریکی ارائه داده‌اند که آنها را قوی‌تر می‌کند و میزان خطر آنها را کاهش می‌دهد.
به گزارش ایمنا، باتری‌های حالت جامد که در حال حاضر در دستگاه‌های الکترونیکی کوچک مانند ساعت‌های هوشمند استفاده می‌شوند، این پتانسیل را دارند که از باتری‌های لیتیوم-یونی، ایمن‌تر و قوی‌تر باشند و برای مواردی مانند خودروهای الکتریکی و ذخیره انرژی حاصل از پنل‌های خورشیدی برای استفاده بعدی به کار بروند.
بیشتر بخوانید:
اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!
پژوهشی که به سرپرستی "آزمایشگاه‌های ملی ساندیا"(Sandia National Laboratories) در آمریکا انجام شده است، یکی از این چالش‌ها را برطرف می‌کند. در این پژوهش، یک فرضیه قدیمی مورد بررسی قرار گرفته است مبنی بر اینکه افزودن مقداری الکترولیت مایع برای بهبود عملکرد، ایمنی باتری‌های حالت جامد را از بین می‌برد. پژوهشگران دریافتند که در بسیاری از موارد، باتری‌های حالت جامد با کمی الکترولیت مایع، ایمن‌تر از باتری‌های لیتیوم-یونی هستند. همچنین، آنها دریافتند که اگر باتری با اتصال کوتاه، همه انرژی ذخیره شده خود را آزاد کند، می‌تواند مقدار خطرناک گرما را از بین ببرد.
"الکس بیتس"(Alex Bates)، سرپرست این پژوهش گفت: باتری‌های حالت جامد، پتانسیل ایمن‌تر بودن و داشتن چگالی بالاتری از انرژی را دارند. این بدان معناست که برای وسایل نقلیه الکتریکی، می‌توانیم فاصله بیشتری را بین شارژها داشته باشیم یا برای ذخیره انرژی در مقیاس شبکه، از باتری‌های کمتری استفاده کنیم. افزودن الکترولیت مایع ممکن است به پر کردن شکاف تجاری‌سازی، بدون به خطر انداختن ایمنی کمک کند.
توسعه باتری‌های بهتر با کمک علم شیمی
باتری‌های حالت جامد تا حدودی شبیه به باتری‌های لیتیوم-یونی هستند. در هر دو باتری، یون‌های لیتیوم از یک طرف به سمت دیگر حرکت می‌کنند؛ در حالی که الکترون‌ها در مداری جریان می‌یابند تا دستگاه را تغذیه کنند. یک تفاوت بزرگ این است که در سرتاسر باتری لیتیوم-یونی، ماده‌ای وجود دارد که به حرکت سریع یون‌های لیتیوم کمک می‌کند؛ آن ماده الکترولیت مایع است.
"لورین تورس کاسترو"(Loraine Torres-Castro)، از پژوهشگران این پروژه، الکترولیت مایع را با ناوگانی از خودروهایی که به جاده‌ها می‌روند، مقایسه می‌کند. الکترولیت مایع، یون‌های لیتیوم را مستقیماً به جایی که باید بروند منتقل می‌کند. با وجود این، الکترولیت‌های مایع کنونی، قابل اشتعال هستند و می‌توانند به انفجار یا آتش‌سوزی باتری منجر شوند؛ به خصوص زمانی که باتری آسیب دیده باشد.
در یک باتری حالت جامد، الکترولیت مایع با یک ماده جامد موسوم به الکترولیت جامد جایگزین می‌شود که به حرکت سریع یون‌های لیتیوم نیز کمک می‌کند. بیتس گفت: یکی از چالش‌های فنی این است که اگرچه یون‌های لیتیوم می‌توانند به سرعت در الکترولیت جامد حرکت کنند اما حرکت آنها از الکترولیت جامد به الکترودها و بالعکس دشوار است. الکترولیت جامد را می‌توان با قطاری مقایسه کرد که یون‌های لیتیوم را به سرعت به ایستگاه منتقل می‌کند اما مسافران باید مسافت بیشتری را سفر کنند تا به خانه برسند.
یکی از راه‌هایی که دانشمندان به واسطه آن، این شتاب مستقیم، سرعت شارژ باتری و عملکرد آن را افزایش داده‌اند، اضافه کردن کمی الکترولیت مایع به قطب مثبت باتری است.
"یولیا پرگر"(Yuliya Preger)، از پژوهشگران این پروژه گفت: باتری‌های حالت جامد در جامعه پژوهشی، بحث‌های زیادی را در مورد ایمنی استفاده از الکترولیت مایع پدید آورده‌اند. برخی از دانشمندان می‌گویند که الکترولیت مایع هر مقدار باشد، ناامن است. ما به جای اینکه صرفاً این حرف را بپذیریم، محاسباتی را انجام دادیم تا ببینیم که تأثیرات الکترولیت مایع چه می‌تواند باشد.
باتری‌های حالت جامد چقدر ایمن هستند؟
پژوهشگران برای اینکه بفهمند یک باتری حالت جامد با کمی الکترولیت مایع چقدر ایمن خواهد بود، کار خود را با محاسبه میزان گرما در یک باتری لیتیوم-یون آغاز کردند که مقادیر مختلفی از الکترولیت مایع را در بر دارد. همه باتری‌های آزمایش‌شده دارای مقادیری از انرژی ذخیره‌شده بودند. سپس پژوهشگران، اتفاقات منفی را که ممکن است برای باتری‌ها رخ دهد و گرمایی را که به دلیل هر نوع خرابی آزاد می‌شود، بررسی کردند.
"جان هیوسون" (John Hewson)، از پژوهشگران این پروژه گفت: ما کار خود را با تعیین مقدار انرژی شیمیایی در سه نوع باتری آغاز کردیم.
کاسترو گفت: نخستین اتفاق بدی که ممکن است رخ دهد، این است که باتری‌ها آتش بگیرند. ما دریافتیم که در این موارد، باتری حالت جامد با کمی الکترولیت مایع در آن، حدود یک پنجم گرمای یک باتری لیتیوم-یون قابل مقایسه را تولید می‌کند که به میزان الکترولیت مایع آن بستگی دارد. باتری حالت جامد بدون وجود الکترولیت مایع، در این شرایط هیچ گرمایی تولید نمی‌کند.
دومین اتفاق بدی که ممکن است برای باتری‌ها رخ دهد، این است که شارژ کردن و تخلیه شارژ به صورت مکرر باعث می‌شود که فلز لیتیوم، خوشه‌ای موسوم به دندریت ایجاد کند. پرگر گفت: دندریت می‌تواند سوراخی را ایجاد کند که دو طرف را جدا از یکدیگر نگه می‌دارد و به اتصال کوتاه منجر می‌شود. این یک مشکل شناخته‌شده در مورد همه باتری‌هایی است که در یک طرف دارای فلز لیتیوم هستند. هر سه باتری در این مورد، مقادیر مشابهی از گرما را تولید کردند که به مقدار فلز لیتیوم در باتری‌ها بستگی داشت.
سومین اتفاق بدی که ممکن است برای باتری‌های حالت جامد رخ دهد، شکستن الکترولیت جامد است. به گفته کاسترو، اگر باتری خرد یا سوراخ شود، به اکسیژن موجود در یک طرف باتری اجازه می‌دهد تا با فلز لیتیوم در طرف دیگر واکنش نشان دهد. در این موارد، باتری حالت جامد بدون الکترولیت مایع می‌تواند به دمایی نزدیک به باتری لیتیوم-یونی برسد که برای پژوهشگران شگفت‌آور بود.
از محاسبات ایمن تا بررسی‌های آزمایشگاهی
پرگر گفت: یکی از وعده‌های باتری‌های حالت جامد این است که آنها ایمن هستند زیرا الکترولیت جامد، محکم است و احتمال شکستن باتری‌ها کم می‌شود اما اگر باتری شکسته شود، افزایش دما می‌تواند به اندازه زمانی باشد که باتری‌های لیتیوم-یونی از کار می‌افتند. این پژوهش، اهمیت مهندسی دقیق را برجسته می‌کند.
بیتس گفت: ما متوجه شدیم که اگر باتری حالت جامد دارای فلز لیتیوم باشد، بدون توجه به اینکه الکترولیت مایع دارد یا خیر، پتانسیل خطرناک بودن را دارد. آنچه که ما در این پژوهش سعی کردیم به آن اشاره کنیم، این است که یک معاوضه مشخص بین عملکرد و ایمنی وجود دارد اما افزودن کمی مایع ممکن است عملکرد را تا اندازه زیادی افزایش دهد و تنها تأثیر کمی بر ایمنی داشته باشد.
کاسترو افزود: درک این معاوضه ممکن است به تسریع تجاری‌سازی کمک کند. داشتن وضوح و اطمینان از اینکه وجود مقدار کمی الکترولیت مایع، مشکلات ایمنی بزرگی ایجاد نمی‌کند، ممکن است به توسعه باتری‌های حالت جامد تجاری کمک کند.
منبع: ایسنا
کد خبر 560447منبع: ایمنا
کلیدواژه: علم و فناوری خودروهای الکتریکی باطری الکتریکی باتری الکتریکی باتری های جامد شهر شهروند کلانشهر مدیریت شهری کلانشهرهای جهان حقوق شهروندی نشاط اجتماعی فرهنگ شهروندی توسعه پایدار حکمرانی خوب اداره ارزان شهر شهرداری شهر خلاق باتری های لیتیوم یونی باتری های حالت جامد باتری لیتیوم یون باتری حالت جامد الکترولیت جامد یون های لیتیوم فلز لیتیوم اگر باتری باتری ها یک باتری ایمن تر رخ دهد
درخواست حذف خبر:
«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت www.imna.ir دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «ایمنا» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۴۵۵۰۵۵۱ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.
با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.
خبر بعدی:
راهنمای انتخابی هوشمندانه در خرید چیلر تراکمی
معرفی انواع چیلر های تراکمی
چیلرهای تراکمی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند که عبارت اند از:
چیلرهای تراکمی هوا خنک (Air-Cooled Chillers)در این نوع چیلر، گرما از طریق هوا به طرف بیرونی فرستاده می‌شود. این نوع چیلرها مناسب برای محیط‌هایی هستند که به راحتی اجازه اتصال به یک منبع آبی ندارند.
در این نوع چیلر، گرما از طریق یک سیستم آبی بیرونی (مانند یک منبع آب سرد) انتقال داده می‌شود. این نوع چیلرها عمدتاً برای مواردی استفاده می‌شوند که امکان دسترسی به منابع آبی فراهم است.
چیلرهای تراکمی از نظر کارایی، مصرف انرژی و عمر مفید، معمولاً بهتر از چیلرهای دیگر هستند و به طور گسترده در محیط‌های صنعتی، تجاری، و مسکونی استفاده می‌شوند.
در چیلر های تراکمی از چه کمپرسور هایی استفاده می شود؟در چیلرهای تراکمی از انواع مختلفی از کمپرسورها استفاده می‌شود، اما چهار نوع اصلی کمپرسورهای مورد استفاده در این نوع سیستم‌ها کمپرسورهای پیستونی، کمپرسور های پیچی، کمپرسور اسکرال و کمپرسور اسکرو می باشند که عبارت اند از:
کمپرسورهای پیستونیاین نوع کمپرسورها از حرکت پیستون برای فشردن مایع ترکیبی استفاده می‌کنند. آنها معمولاً برای بارهای کم تا متوسط مناسب هستند و در سیستم‌های چیلر کوچک و متوسط استفاده می‌شوند.
کمپرسورهای پیچیاین نوع کمپرسورها از یک یا چند پیچ برای ایجاد فشار و فشردن مایع ترکیبی استفاده می‌کنند. آنها برای بارهای بالا و کاربردهای صنعتی مناسب هستند و در چیلرهای بزرگ و صنعتی استفاده می‌شوند.
لازم به ذکر است که انتخاب نوع کمپرسور به عواملی مانند اندازه و نوع سیستم چیلر، نیاز به سطح صوت، کارایی و هزینه‌ها بستگی دارد.
کمپرسورهای اسکروکمپرسورهای اسکرو تبرید از یک یا چند پیچ برای فشردن مایع ترکیبی استفاده می‌کنند. آنها برای بارهای بالا و کاربردهای صنعتی مناسب هستند و در چیلرهای بزرگ و صنعتی استفاده می‌شوند.
کمپرسورهای اسکرالدر این نوع کمپرسور، دو پیچ (یکی ثابت و دیگری متحرک) به هم متصل می‌شوند و همزمان به حرکت می‌پردازند. این نوع کمپرسورها برای کاربردهای کوچک و متوسط، به ویژه در چیلرهای خانگی و تجاری کارآمد هستند.
طرز کار چیلر های تراکمیدر این سیستم، یک کمپرسور با استفاده از قدرت مکانیکی، گاز را فشرده می کند و حرارت آن را بالا می برد سپس، گاز فشرده شده به یک مبدل حرارتی انتقال داده می شود که به عنوان مبدل فشرده-مایع شناخته می شود.
در آخرمایع فشرده شده با تحریک حرارتی به صورت بخار تبخیر می شود و حرارت مورد نیاز برای تبخیر، از محیط اطراف جذب می شود سپس، بخار تولید شده به یک مبدل حرارتی منتقل می شود که به عنوان مبدل بخار-آب شناخته می شود.
در این مبدل بخار از آب خنک شده عبور می‌کند و به آب یخ تبدیل می‌شود. آب یخ تولید شده در محفظه ذخیره می شود و برای خنک کردن هوا یا سایر برنامه های خنک کننده استفاده می شود.
چیلرهای تراکمی، مانند هر دستگاه تهویه مطبوع دیگر، از اجزای مختلفی تشکیل شده‌اند که هر یک وظیفه خاصی را انجام می‌دهند. در ادامه، اجزای اصلی یک چیلر تراکمی را بررسی میکنیم:
کمپرسور: این قسمت مسئول فشردن بخار تبخیری است که از تبخیرگر خارج می‌شود. کمپرسور فشار بخار را افزایش می‌دهد تا بتواند بخار را به مبدل حرارتی (کندانسور) ارسال کند. تبخیرگر: این قسمت مسئول تبدیل مایع ترکیبی به بخار است. در اینجا، گرما از محیط یا فرآیندی که باید خنک شود، جذب می‌شود و مایع به شکل بخار تبخیر می‌شود. کندانسور: این قسمت مسئول تبدیل بخار فشرده شده به مایع است. در اینجا، گرمای بخار تخلیه می‌شود و بخار به شکل مایع (معمولاً آب خنک) تبدیل می‌شود. مبدل حرارتی: این قسمت‌ها برای انتقال حرارت بین مایع ترکیبی و محیط خارجی (هوا یا آب سرد) استفاده می‌شوند. این مبادل حرارتی‌ها در تبخیرگر و کندانسور وجود دارند. سیستم کنترل: این سیستم مسئول کنترل و نظارت بر عملکرد اجزای چیلر است. این شامل سنسورها، کنترلرها و دستگاه‌های الکترونیکی است که وظیفه کنترل دما، فشار و سایر پارامترهای مربوطه را دارند. کاربرد های چیلر تراکمیچیلرهای تراکمی به دلیل داشتن قابلیت‌های خاص، برای کاربردهای مختلفی استفاده می‌شوند. در زیر به برخی از کاربردهای چیلرهای تراکمی اشاره میکنیم:
سیستم تهویه مطبوع صنایع غذایی بسته‌بندی صنایع پالایشگاهی تجهیزات الکترونیکی سیستم‌های انتقال حرارت صنایع نیروگاهیمشخصات فنی این دستگاه می‌تواند بسیار متنوع باشد و به عوامل مختلفی از جمله اندازه، ظرفیت خنک کنندگی، کارایی، ویژگی‌های فنی، و سیستم کنترل بستگی دارد. در ادامه، مشخصات فنی مهمی که ممکن است در چیلرهای تراکمی مشاهده شود را بررسی میکنیم:
ظرفیت خنک کنندگیاین مشخصه نشان دهنده حجم حرارتی است که یک چیلر می تواند از محیط یا فرآیندی که قرار است خنک شود، جذب کند. این به طور معمول به واحد تاکنس بر ساعت یا به واحد کیلووات بیان می‌شود.
مصرف برقتوان مصرفی چیلر در حین عملکرد را مشخص می کند.
دمای خروجیاین مشخصه نشان دهنده دمای خنک شده خروجی از چیلر است و واحد آن درجه سانتیگراد است.
فشار کاریاین مشخصه در مورد فشار فعالیت چیلر است و با واحد بار، پاسکال اندازه گیری می شود.
سیستم کنترلاین شامل ویژگی‌های مربوط به کنترل دما، رطوبت، و دیگر پارامترهای فرآیندی است که ممکن است در چیلرها برای بهبود عملکرد و کنترل دقیق تر مورد استفاده قرار گیرد.
طول عمر سیستم تهویه تراکمی
طول عمر چیلرهای تراکمی معمولاً بین ۱۵ تا ۲۰ سال است اما این زمان می‌تواند با توجه به شرایط نصب و استفاده، کیفیت و برند تجهیزات، نگهداری و تعمیرات دوره‌ای و دقیق، محیط استفاده و تنظیمات بهینه، متفاوت باشد.
سخن آخر
در نهایت، چیلرهای تراکمی نقش بسیار مهمی در صنعت تهویه مطبوع و سیستم‌های تبرید دارند. با ارائه قابلیت خنک کنندگی بالا، کارایی مناسب و قابلیت اطمینان، این دستگاه‌ها به عنوان یکی از ابزارهای اصلی برای خنک کردن محیط‌های مسکونی، تجاری و صنعتی به کار می‌روند.
با توجه به اهمیت و گستردگی استفاده از چیلرهای تراکمی در صنعت، انتخاب نوع مناسب این محصول به پارامترهای مختلفی وابسته است و بهتر است که پیش از هر اقدامی در زمینه خرید و انتخاب با مشاورانی مجربی ارتباط داشته باشید. روتوپارس یکی از بهترین انتخاب ها در این زمینه می باشد.
گزارشگر قديمى راديو دار فانى را وداع گفت