فناوري شارژر پالسي GBatteries براي باتري خودروي الكتريكي معرفي شد

افزايش تعداد خودروي الكتريكي طي سال‌هاي آينده، نيازمند سرمايه‌گذاري روي باتري و سيستم‌هاي شارژ كارآمد است. شايد اگر به‌جاي سرمايه‌گذاري روي يافتن مواد شيميايي جديد و بهتر براي باتري و افزايش كيفيت آند و كاتد، همچنين جستجوي روش‌هاي افزايش تراكم انرژي باتري، به‌دنبال روشي جهت ساخت سيستم‌هاي شارژ جديد، بهتر و هوشمندتر بوديم، آينده خوبي پيش روي خودروهاي الكتريكي بود. 

استارتاپ كوچك GBatteries Energy مستقر در كانادا ادعا مي‌كند كه شارژر توليدي اين شركت مي‌تواند باتري خودروي برقي شورولت بولت را در مدت زمان ۵ دقيقه تا نيمه شارژ كند. آيا با وجود چنين فناوري كه امكان شارژ خودروي برقي را در مدت بسيار كمي فراهم مي‌كند، باز هم خريد خودروي بنزيني يا هيبريدي پيل سوختي صرفه اقتصادي دارد؟

فناوري مورد ادعاي GBatteries Energy به‌عنوان پروژه خانگي تيمي متشكل از نيك و تيم شرستيوك، در هنگام تلاش آن‌ها براي افزايش طول عمر باتري موبايل هوشمند تلفن همراه كشف شد. در حقيقت آن‌ها اصلاً قصد كاهش زمان شارژ يا تغيير فرايند شارژ باتري خودروي برقي را نداشتند و به‌طور تصادفي به چنين نتيجه‌اي رسيدند. 

شارژرهاي ليتيوم-يون امروزي با پمپاژ الكترون‌ها به داخل باتري تخليه‌شده كار خود را آغاز مي‌كنند و محدوديت اصلي آن‌ها، مدار و سيستم شارژ است. سپس هنگامي كه ولتاژ باتري به حداكثر سطح ايمن افزايش مي‌يابد، جريان به‌تدريج كم مي‌شود ولي با ولتاژ ثابت پمپاژ را حفظ مي‌كند. روش جريان ثابت-ولتاژ ثابت (CCCV) باعث مي‌شود برخي از يون‌هاي ليتيوم در برخورد با يكديگر متلاشي شوند، مخصوصاً در هنگام شارژ سريع با قدرت بالا و درحالي‌كه براي پريدن از آند به سمت كاتد شتاب مي‌گيرند. وقتي اين اتفاق مي‌افتد، چنين يون‌هايي ديگر مفيد نيستند و عمر باتري به‌تدريج كاهش مي‌يابد.

تيم شرستيوك، مدير تجاري GBatteries Energy فرايند دريافت يون‌هاي شارژ ليتيوم در كاتد را بسيار شبيه غربال كردن برنج توصيف مي‌كند. با فشار دادن دانه‌هاي برنج روي صفحه مشبك غربال، دانه‌ها به‌راحتي مي‌شكنند و ديگر مانند قبل نيستند. چنين اتفاقي نيز براي الكترون‌ها هنگام پرش از قطب‌هاي باتري اتفاق مي‌افتد. فناوري GBatteries به‌گونه‌اي است كه جريان را به‌آرامي تغيير مي‌دهد و اين دقيقاً شبيه تكان دادن ملايم غربال براي پايين رفتن دانه‌هاي برنج است. در ادامه گاهي اوقات و طي مدت زمان بسيار كمي جريان برعكس مي‌شود كه اين فرايند نيز بسيار شبيه بالا انداختن و برگرداندن دانه‌هاي برنج روي صفحه غربال براي بازآرايي است. چنين كاري باعث مي‌شود تا يون‌ها ايمن‌تر و سريع‌تر از قطب‌هاي باتري عبور كنند. 

با جستجويي ساده در گوگل مي‌توان به مطالعات زيادي درباره شارژ تپشي (pulsed charging) دسترسي پيدا كرد؛ اما راز GBatteries در طبيعت تطبيقي فركانس پالس‌دهي است كه به‌طور مداوم پارامترهايي مانند دامنه، پهنا و دوره پالس‌دهي (تناوب) را تغيير مي‌دهد. هوش مصنوعي كه در كنترلر برنامه‌ريزي‌ شده است، به‌طور مداوم بر امپدانس ديناميك باتري يا مقاومت دربرابر جريان نظارت مي‌كند. هوش مصنوعي همچنين نرخ پالس‌دهي را تنظيم مي‌كند تا امپدانس كمينه شود و با كاهش دماي باتري، از خراب شدن يون‌ها و كاهش عمر باتري جلوگيري كند.

در تست‌هاي آزمايشگاهي، باتري‌هايئ شارژ سريع كه از هر دو روش (شارژ تپشي و جريان ثابت-ولتاژ ثابت) استفاده مي‌كردند بين ۲۵ تا ۹۵ درصد شارژ شدند. محققان GBatteries متوجه شدند كه پس از ۱۷ بار شارژ مجدد، ظرفيت مفيد باتري‌هاي CCCV تا حدود ۸۳ درصد ظرفيت اوليه كاهش يافت؛ درحالي‌كه باتري‌هاي شارژ تپشي پس از ۱۱۰ بار شارژ هنوز داراي ۸۵ درصد ظرفيت شارژ اوليه خود بودند. 

 اين آزمايش‌ها روي باتري‌هاي كوچك انجام شده‌اند و آمارهاي مربوط‌به شارژ خودروي برقي شورولت بولت از مدلسازي‌هاي كامپيوتري به دست آمده است. نمونه اوليه شارژر GBatteries براي خودروهاي برقي تا اواخر سال جاري ميلادي معرفي خواهد شد. همچنين چنين شارژري از انديشه متخصصين فيزيكي محدوديت‌هاي زيادي دارد. براي شارژ ۵۰ درصد ظرفيت باتري طي ۵ دقيقه، نياز به شارژري است كه نرخ شارژ آن پنج برابر ظرفيت شارژ باتري باشد. يعني براي باتري با ظرفيت ۶۰ كيلووات ساعت، به شارژري نياز است كه نرخ شارژ آن ۳۰۰ كيلوات باشد. 

تصور كنيد ايستگاه‌هاي شارژ داخل پاركينگ كه هر روز توسط تعداد انگشت‌شماري مورد استفاده قرار مي‌گيرند، همراه‌با تعداد زيادي از ايستگاه‌هاي شارژ عمومي به چنين فناوري مجهز شوند؛ در اين صورت شارژرهاي سريع مي‌توانند به خوبي نقش خود را انجام دهند و نگراني مالكان خودروهاي برقي از كاهش شعاع حركتي را كاهش دهند. در نتيجه رانندگان مي‌توانند به همان راحتي كه با خودروهاي بنزيني مسافرت مي‌كردند، با خودروهاي برقي نيز بدون نگراني به مسافرت بپردازند.

اگر اين كار اجرايي شود و پروژه GBatterings به مرحله تجاري برسد، به انديشه متخصصين مي‌رسد نقطه عطفي در فروش خودروهاي برقي اتفاق مي‌افتد. در اين صورت تقاضا براي خريد خودروهاي مجهز به پيل سوختي هيدروژني نيز با كاهش درخورتوجهي روبه‌رو خواهد شد.