

همانطورکه در خودروهایی با موتور احتراق داخلی، سوخت بنزین، گازوئیل و گاز طبیعی، عامل تولید انرژی و حرکت محسوب میشود، در خودروهای برقی این نقش برعهده باتریها است. باتریها عنصری حیاتی در خودروهای برقی هستند که انرژی مورد نیاز برای حرکت را ذخیره کرده و با شدت و جریان مناسب، در اختیار موتور میگذارند.
این منبع انرژی با باتریهای سرب اسیدی موجود در خودروهای احتراق داخلی تفاوتی چشمگیر دارد و توانایی ذخیره انرژی بسیار بالاتری دارد. باتریهای مدرن بهصورت مجموعهای از سلولهای مجزا بههم متصل میشوند؛ چند صد سلول بهطور سری بسته میشوند تا پک باتری خودرو تشکیل شود.
باتری نه تنها حداکثر مسافتی که خودرو میتواند پیمایش کند را تعیین میکند، بلکه عامل اصلی هزینه، زمان شارژ و پایداری عملکرد به شمار میرود؛ بنابراین شناخت انواع باتری و ویژگیهای آن میتواند به مصرفکننده و کسبوکارها در انتخاب بهتر کمک کند.
این مقاله از پایه یک به معرفی مهمترین انواع باتریهای خودروهای برقی، ویژگیها، مزایا و معایب آنها و آخرین روندهای فناوری در این حوزه میپردازیم.
باتریهای سرب اسیدی: اولین گام در توسعه باتریها
باتریهای سرب اسیدی قدیمیترین نوع باتری قابل شارژ هستند که در نمونههای اولیه خودروهای برقی استفاده میشدند. بهدلیل هزینه پایین، ایمنی بالا و قابلیت بازیافت، این باتریها برای کاربردهای کمهزینه یا تغذیه سیستمهای کمکی خودرو مناسب بوده و هنوز هم برای تغذیه این سیستمها در برخی از مدلها استفاده میشوند.
معایب مهم آنها شامل وزن زیاد، چگالی انرژی پایین و عمر کوتاه میشود؛ این عوامل باعث شده که استفاده از آنها در خودروهای تمامبرقی تقریبا منسوخ شود. البته در برخی خودروهای هیبریدی قدیمی یا وسایل نقلیه صنعتی مانند لیفتراکها هنوز از نسخههای چرخه دوم این باتریها استفاده میشود، البته بیشتر بهعنوان سیستم پشتیبان.

نسل جدید وارد میشود: باتریهای نیکل متال هیدرید (NiMH)
پس از کنار گذاشتن باتریهای سرب اسیدی، باتریهای نیکل متال هیدرید یا به اختصار NiMH وارد عرصه شدند و از آنها بهصورت گسترده در خودروهای هیبریدی مانند تویوتا پریوس استفاده شد.
این باتریها چگالی انرژی ۳۰ تا ۸۰ وات ساعت در کیلوگرم دارند و در صورت استفاده صحیح میتوانند عمر طولانیتری نسبت به انواع سرب اسیدی داشته باشند. مزایای NiMH شامل پایداری و مقاومت بالا، عدم استفاده از مواد سمی و نرخ بازیافت پایین است، اما معایبی نظیر اندازه و وزن زیاد، تولید حرارت بالا و توانایی ذخیره انرژی کمتر نسبت به باتریهای لیتیوم یون نیز وجود دارد.
در مقالهای که در سایت Thomasnet منتشر شده به این نکته اشاره میکند که هرچند NiMH نسبت به سرب اسید انرژی بیشتری ذخیره میکند، ولی ضریب خودتخلیه بالایی داشته و هنگام انتخاب باید مراقب گرمای تولید شده توسط آن نیز بود. امروزه این باتریها بیشتر در خودروهای هیبریدی بهکار میروند و در خودروهای تمامبرقی با فناوریهای کارآمدتر جایگزین شدهاند.

تغییردهنده بازی: باتریهای لیتیوم یون؛ استاندارد امروز
باتریهای لیتیوم یون بهعنوان استاندارد اصلی خودروهای تمامبرقی شناخته میشوند و دلیل آن چگالی انرژی بالا، نسبت توان به وزن مناسب و بازدهی بالا است. این باتریها نرخ خودتخلیه پایینی دارند و چرخه عمر طولانیتری نسبت به انواع قدیمیتر داشته و میتوانند هزاران بار شارژ و تخلیه شوند.
با این حال، هزینه ساخت بالا، خطرات ایمنی در صورت آسیبدیدگی یا دمای بالا و نگرانیهای زیستمحیطی در استخراج مواد اولیه از چالشهای اصلی آنها محسوب میشود. بیشتر خودروهای تمامبرقی و پلاگین هیبرید از این باتریها استفاده میکنند و تحقیقات گستردهای برای کاهش هزینه، افزایش طول عمر و کاهش استفاده از کبالت در آنها در جریان است.
گفتنی است پیشرفتهای اخیر باعث شده عمر باتریهای لیتیوم یون از چند سال به حدود ده سال و بیش از یک میلیون مایل برسد.

نگاهی به باتریهای لیتیومی NCA و NMC: عملکرد بالا
باتریهای مبتنی بر ترکیب نیکل کبالت آلومینیوم (NCA) و نیکل منگنز کبالت (NMC) از خانوادهی لیتیوم یون هستند و بهدلیل چگالی انرژی بسیار بالا، در خودروهای برقی پرچمدار مانند تسلا مدل S و BMW iX3 به کار میروند.
در این باتریها ترکیبات کبالت و نیکل باعث افزایش ظرفیت و عملکرد در دماهای بالا میشود و در نتیجه برد طولانیتر و شارژ سریعتر فراهم میشود. مزایای آن شامل دخیره انرژی بالاتر و پایداری حرارتی بهتر است؛ اما استفاده از کبالت هزینه تولید را افزایش میدهد و استخراج این فلز با مسائل اخلاقی و زیستمحیطی همراه است.
این باتریها در حال حاضر یکی از انتخابهای اصلی برای خودروسازان غربی هستند، ولی فشار به کاهش استفاده از کبالت باعث شده شرکتها به سمت ترکیبات جایگزین حرکت کنند.
بهعنوان مثال، تسلا در مدلهای اخیر خود ترکیبات LFP را جایگزین این ماده کرده تا هزینه و اثرات زیستمحیطی را کاهش دهد.

باتریهای لیتیوم آهن فسفات (LFP)
باتریهای لیتیوم آهن فسفات (LFP) نوع دیگری از باتریهای لیتیوم یون هستند که با حذف کبالت و نیکل، هزینه و اثرات زیستمحیطی را کاهش میدهند. مزیت اصلی آنها ایمنی و پایداری حرارتی بالاست؛ این باتریها کمتر مستعد آتشسوزی هستند و طول عمر بالایی دارند.
قیمت پایینتر و مواد خام فراوانتر باعث شده LFP به گزینهای محبوب برای خودروهای اقتصادی و بازارهای نوظهور تبدیل شود، هرچند چگالی انرژی آنها پایینتر از انواع NCA یا NMC است و برد حرکتی کمتری فراهم میکنند. همچنین عملکرد این باتریها در هوای سرد کاهش مییابد، اما فناوری مدیریت حرارت و بهبود طراحی توانسته تا حدی این مشکل را حل کند.

نگاهی به سایر ترکیبات لیتیومی و فناوریهای موجود
علاوه بر NCA، NMC و LFP، انواع دیگری از باتریهای لیتیومی وجود دارند که هنوز بهطور گسترده در صنعت به کار نرفتهاند اما امکان استفاده از آنها در آینده وجود دارد. باتریهای کبالت اکسید و لیتیوم پلیمر (LiPo) در لوازم الکترونیکی کوچک کاربرد داشتهاند؛ مزیت آنها توانایی ذخیره انرژی زیاد و طراحی انعطافپذیر است اما هزینه تولید بالا و خطر حرارت بیش از حد باعث میشود در خودروهای بزرگ کمتر مورد توجه باشند.
باتریهای آهن فسفات (LiFePO4) ارزانتر و پایدارتر هستند ولی فقط در ولتاژهای پایین کار میکنند و برای خودروهای قدرتمند مانند کامیون ها مناسب نیستند. همچنین ترکیبات نیکل کبالت منگنز (NCM) و نیکل کبالت آلومینیوم (NCA) همچنان در حال توسعه هستند اما حساسیت به حرارت و هزینه تولید بالا چالشهای بزرگی برای آنها محسوب میشود.
جدیدترین تحقیقات روی باتریهای لیتیوم هوا (Li Air) متمرکز است که میتوانند انرژی بسیار بیشتری نسبت به لیتیوم یون فعلی ذخیره کنند، ولی این فناوری هنوز به بلوغ نرسیده و سالها زمان برای تجاریسازی نیاز دارد.
فناوریهای آینده: باتریهای سدیم یون
یکی از جایگزینهای جذاب برای لیتیوم، باتری سدیم یون است. این باتری از سدیم که یک عنصر فراوان و ارزان در سطح زمین است استفاده میکند و هزینه تولید را به میزان چشمگیری کاهش میدهد.
این باتریها عملکرد خوبی در دماهای پایین دارند، همچنین اثرات زیستمحیطی استخراج سدیم نسبت به لیتیوم کمتر است. با این حال چگالی انرژی سدیم یون کمتر از لیتیوم یون است و این امر میتواند برد حرکتی خودرو را محدود کند؛ همچنین این فناوری هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارد و نمونههای تجاری کمی عرضه شدهاند.
نوآوری دیگر، باتریهای حالتجامد (solid state) هستند که بهجای الکترولیت مایع، از یک الکترولیت جامد استفاده میکنند و از نظر ایمنی و چگالی انرژی برتریهای فراوانی دارند. تولید این باتریها پرهزینه است و هنوز در حال آزمایش توسط خودروسازانی مانند BMW و فورد است؛ با این وجود، این فناوری میتواند چگالی انرژی بالاتر و عمر طولانیتری فراهم آورد، هرچند هنوز به بلوغ و کاهش هزینه نیاز دارد.

ابرخازنها: ذخیرهسازی ثانویه
علاوه بر باتریهای شیمیایی، برخی خودروها از ابرخازنها (ultracapacitors) بهعنوان سیستم ذخیرهسازی ثانویه بهره میبرند. ابرخازنها انرژی را در سطح الکترود ذخیره میکنند و برخلاف باتریها، قادرند در زمان بسیار کوتاه مقدار زیادی انرژی آزاد کنند.
کاربرد اصلی آنها تامین توان اضافی در هنگام شتابگیری یا بالا رفتن از شیب و بازیابی انرژی ترمزگیری است؛ با استفاده از این خازنها فشار روی باتری اصلی کاهش مییابد و بازدهی کلی سیستم افزایش پیدا میکند.
با وجود توان خروجی بالا، ابرخازنها چگالی انرژی بسیار پایینی دارند و نمیتوانند بهتنهایی انرژی مورد نیاز برای موتور خودرو را تامین کنند، بنابراین همواره در کنار باتریهای شیمیایی قرار میگیرند. ترکیب باتری و ابرخازن امکان مدیریت بهتر انرژی و افزایش دوام باتری را فراهم میکند و نمونهای از نوآوریهایی است که آینده خودروهای برقی را شکل میدهند.

سخن آخر: آیندهی انرژی خودروهای برقی
مرور انواع باتریهای خودروهای برقی نشان میدهد که هر فناوری مجموعهای از مزایا و معایب خود را دارد و انتخاب به نیاز کاربر، هزینه و اهداف تولیدکننده بستگی دارد. باتریهای سرب اسیدی ارزان و بازیافتپذیر هستند اما چگالی انرژی پایین و عمر کوتاهی دارند.
NiMH پایداری بیشتری دارد ولی وزن زیاد و نرخ خودتخلیه بالای آنها را باید در نظر گرفت؛ لیتیوم یون و ترکیبات NCA/NMC استاندارد امروز هستند که برد بالا و عملکرد قدرتمندی دارند اما با چالشهایی مثل هزینه بالا و ایمنی پایین روبهرو هستند.
باتریهای LFP با ایمنی و قیمت مناسب در حال گسترشاند و سدیم یون و حالتجامد نوید آیندهای سبزتر و ارزانتر را میدهند هرچند هنوز تا رسیدن به مرحله بلوغ فاصله زیادی دارند. توسعه فناوری باتری بهطور مسستقیم با مدلهای کسبوکار و بازار خودروهای برقی گره خورده است؛ کاهش هزینه، افزایش برد حرکتی و ایمنی بالاتر باعث میشود که خودروهای برقی برای طیف وسیعتری از مصرفکنندگان جذاب شوند و فرصتهای جدیدی برای کسبوکارها و سرمایهگذاران ایجاد شود.
بنابراین تولیدکنندگان، تامینکنندگان و مصرفکنندگان باید از روندهای نوظهور آگاهی داشته باشند و با انتخاب هوشمندانه، ضمن حمایت از محیط زیست، به افزایش بهرهوری و سودآوری در این بازار در حال رشد کمک کنند.
در حال حاضر هیچ نظر یا دیدگاهی ثبت نشده است. شما میتوانید اولین نفری باشید که دیدگاه یا نظر خود را برای ما ارسال میکنید.