مهندسان دانشگاه RWTH آخن در آلمان باتری‌های تولیدکنندگان محبوب خودروهای برقی (EV) تسلا و بی وای دی را جدا کردند تا ساختار مکانیکی، ویژگی‌ها و نحوه عملکرد آن‌ها را به‌طور کلی بهتر درک کنند، زیرا اطلاعات بسیار کمی در دسترس عموم است.
باتری‌ها گران‌ترین و حیاتی‌ترین جزء یک خودروی برقی هستند. بسیاری از نگرانی‌های مربوط به پذیرش خودروهای برقی ناشی از باتری است - برد، ظرفیت نگهداری شارژ، زمان شارژ و طول عمر کلی آن. با این حال، دارندگان احتمالی خودروهای برقی فقط اطلاعات کمی در مورد باتری دریافت می‌کنند، در حالی که بیشتر داده‌ها در مورد قابلیت‌ها و کاستی‌های آن فاش نشده باقی می‌ماند.
جوناس گورش، همکار تحقیقاتی مهندسی و ایمنی باتری در دانشگاه RWTH آخن، که در این کار مشارکت داشت، در ایمیلی به Interesting Engineering توضیح داد: «تامین‌کنندگان باتری فقط اطلاعات انتخابی را در اختیار عموم قرار می‌دهند، زیرا می‌خواهند از دسترسی آسان رقبا به پیچیدگی‌های طراحی خاص، مانند فناوری‌های اتصال یا توپولوژی ذرات مواد فعال خود، جلوگیری کنند.»
بنابراین، گورش و تیمش تصمیم گرفتند باتری‌ها را در آزمایشگاه جدا کنند.
چرا تسلا و بی وای دی؟
محققان تسلا و بی وای دی را انتخاب کردند زیرا آن‌ها محبوب‌ترین برندهای خودروهای برقی به ترتیب در اروپا/آمریکای شمالی و چین هستند. یکی دیگر از عوامل مهم این است که هر دو برند خودروهای برقی در طراحی و تولید سلول‌های باتری نیز مشارکت دارند.
گورش در ایمیل افزود: «این به آن‌ها کنترل کامل بر طراحی و فناوری می‌دهد.» «این امر در طراحی منحصر به فرد این سلول‌ها مشهود است، که به وضوح با در نظر گرفتن سیستم کلی، بسته باتری و ادغام وسیله نقلیه توسعه یافته‌اند.»
گورش و تیمش در تحقیقات خود بر روی سلول تسلا 4680 و سلول تیغه‌ای بی وای دی تمرکز کردند. محققان در حین جداسازی هر جزء، سعی کردند ترکیب دقیق مواد سلول‌ها را تعیین کنند و در عین حال عملکرد الکتریکی و حرارتی و فرآیندهای مورد استفاده برای مونتاژ آن‌ها را نیز مطالعه کنند.
آن‌ها چه چیزی پیدا کردند؟
محققان شگفت‌زده شدند که متوجه شدند آندهای سلول‌های هر دو باتری فاقد سیلیکون هستند، با توجه به اینکه این ماده در افزایش چگالی انرژی در باتری‌ها مهم تلقی می‌شود.
یکی دیگر از شباهت‌های بین باتری‌ها، نحوه استفاده از جوش لیزری برای اتصال فویل‌های نازک الکترود بود.
گورش در ایمیل به IE توضیح داد: «جوشکاری لیزری، به عنوان یک فناوری اتصال، در حین تولید فقط به دسترسی از یک طرف محصول نیاز دارد.» «این امر طراحی‌های انعطاف‌پذیرتر و کارآمدتر از نظر فضا را امکان‌پذیر می‌سازد و فرآیند تولید را با کاهش محدودیت‌های هم‌ترازی و بهبود مقیاس‌پذیری ساده می‌کند.»
جایی که باتری‌ها متفاوت هستند، رویکرد آن‌ها در مورد نرخ شارژ/دشارژ در مقایسه با حداکثر ظرفیت آن‌ها است. محققان با استفاده از نرخ C یکسان، گرمایش ویژه هر دو سلول را تجزیه و تحلیل کردند.
گورش در ایمیل خود خاطرنشان کرد: «اگر یک بسته 70 کیلووات ساعتی با استفاده از هر دو سلول ساخته شود و با 70 کیلووات شارژ شود، گرمایش در هر حجم سلول بی وای دی تقریباً نصف سلول تسلا بود. این نشان می‌دهد که سلول‌های بی وای دی مدیریت حرارتی آسان‌تری را در سطح بسته امکان‌پذیر می‌کنند.»
یکی دیگر از تفاوت‌های باتری‌ها این است که بی وای دی از روش متفاوتی برای نگه داشتن ورق‌های الکترود در جای خود استفاده می‌کند، با استفاده از یک پشته الکترود که لبه‌های جداکننده بین الکترودها را لمینت می‌کند.
از سوی دیگر، تسلا در رویکرد خود منحصر به فرد است، که از یک چسب جدید برای نگه داشتن تمام مواد فعال الکترودها در کنار هم استفاده می‌کند.
گورش در یک بیانیه مطبوعاتی گفت: «این یافته‌ها هم به تحقیقات و هم به صنعت، معیاری برای طراحی سلول‌های با فرمت بزرگ ارائه می‌دهند و به عنوان مبنایی برای تجزیه و تحلیل و بهینه‌سازی بیشتر سلول‌ها عمل می‌کنند.»
مطالعه حاضر تأثیر طراحی مکانیکی سلول بر عملکرد الکترود یا دلایل تفاوت در طول عمر دو بسته باتری را پوشش نمی‌دهد. در آینده، تیم تحقیقاتی همچنین قصد دارد طرح‌های جدید سلول‌های باتری را در حین به‌روزرسانی در وسایل نقلیه جدیدتر تجزیه و تحلیل کند.
یافته‌های این تحقیق در Cell Reports Physical Science منتشر شده است.