محققان در تلاش بر طراحی خودروهایی هست که بخش عمده ای از بدنه آنها از باطریهای lithium ion تشکیل شده باشد که در صورت عملی شدن، برای صنایع هواپیمایی نیز یک انقلاب محسوب خواهد شد. یکی از راهکارهای رسیدن به این منظور استفاده از فیبرهای کربنی چند منظوره در نقش الکترودهای برقی میباشد. اکنون محققان بر روی باطریهای lithium ion ی کار میکنند که از فیبر کربنی با پوشش کاتودی ساخته شده باشد. مطالعه ای که توسط دانشگاه کالمرز سوئد انجام یافته نشان میدهد که فیبرهای کربن میتوانند بعنوان الکترودهای باطری، انرژی را در خود ذخیره کنند. این تحولی برای ساخت باطریها فراهم میکند که در آن، فیبر کربنی بتواند بخشی از سیستم ذخیره انرژی باشد. استفاده از این مواد همچنین میتواند منجر به کاهش وزن خودروها در آینده شود که چالش اصلی و حال حاضر در برقی کردن خودروها میباشد.ک اهش وزن برای خودروها اهمیت زیادی دارد چرا که میتوانند، بکمک شارژ باطری های خود، مسافت بیشتری را طی نمایند. همچنین هواپیماهای مسافربری برای اینکه بتوانند در آینده انرژی خود را از برق ذخیره شده تامین کنند باید بسیار سبکتر از آنچه امروزه هستند، باشند.
اما کامپوزیت کربن یا فیبر کربن چیست و چه خواصی دارند؟
کامپوزیت کربنی که گاهی به آن فیبر کربن هم گفته میشود شامل دو جزء، رشتهها یا الیاف و چسب یا رزین میباشد. الیاف کربن 4 برابر بیشتر از فولاد در تست کشش مقاومت میکنند. خم کردن آنها هم بسیار مشکلتر از فلزات است و از همه مهمتر این که وزن کمتری دارند. به طور معمول یک قطعه فیبر کربن فقط یک سوم یک قطعهی فولادی وزن دارد و این چیزی است که در صنایعی مثل هواپیما و سازههای سبک، اهمیت بسیار زیادی دارد. در مطالعه انواع فیبرکربنی با خواص الکترومکانیکی مشخص شده که نوعی از آن با خواص الکترومکانیکی ضعیف، دوبرابر فولاد استحکام دارد. برای صنایع هوایی، برای جبران کاهش استحکام ناشی از ساختار باطریها، به افزایش ضخامت کامپوزیت فیبر کربنی نیاز خواهد بود.
پروفسور Leif Asp ، استاد مواد و مکانیک دانشگاه کالمرز، تحقیق در مورد قابلیت فیبرهای کربنی برای کاربردهای جدید را آغاز کرده است. به اعتقاد او، بدنه خودرو دیگر تنها محافظ سرنشینان نیست، بلکه نقش باطری خودرو را هم میتواند داشته باشد. همچنین فیبر کربنی میتواند نقش ذخیره سازی انرژی حرکتی خودرو را بازی کند. اگر همه این موارد در خودرو بکار بسته شود، منجر به کاهش وزن خودرو تا 50% میشود. Asp
رهبری گروهی از محققان را بعهده دارد که مطالعه در مورد چگونگی عملکرد ریز ساختار الیاف کربن و خواص الکتروشیمیایی آنها را انجام میدهند و در حال بررسی توانایی عملکرد آنها بعنوان الکترود در یک باتری لیتیوم یونی میباشند. آنها وقتی به مطالعه ریزساختارهای انواع مختلف از فیبر کربنهای موجود در بازار پرداختند، متوجه شدند که فیبرهای کربن با کریستالهای ضعیف دارای خواص خوب الکترومکانیکی هستند ولی استحکام مناسبی ندارند. بر عکس، فیبرهای کربنی بزرگ و کریستالهای قوی استحکام بیشتر اما خواص الکترومکانیکی ضعیفتری دارند که برای استفاده در ساخت باطریها مناسب نمیباشند.
آنها اکنون میدانند که فیبرهای کربنی، چطور برای ذخیره مقدار قابل توجه انرژی، باید ساخته شوند بطوریکه استحکام قابل قبولی هم داشته باشند. البته کاهش جزئی در استحکام برای برخی کاربردها همانند خودرو آنچنان مشکل ساز نخواهد بود.
بدین ترتیب میتوان گفت که با نتایج حاصله از این پژوهشها، پتانسیل جدیدی برای کارخانجات تولید فیبرهای کربنی جهت تولید انواع جدید آن ایجاد شده است. آنچه مهم هست، بهینه کردن خودروها در جهت کاهش وزن، افزایش استحکام و خواص الکترومکانیکی میباشد. هرچند باطریهای جدید، که بر پایه فیبر کربنی ساخته خواهند شد، به خوبی باطریهای سنتی نیستند ولی گامی بزرگ در جهت افزایش کارایی خودروهای برقی خواهد بود. از جنبه ایمنی نیز، ظرفیت پائین دخیره سازی آنها در واحد سطح، یک امتیاز نسبت به باطریهای سنتی محسوب میشود.
بازدیدها: 16
