ارجعیت استفاده از باتری لیتیوم-سولفور برای خودروهای برقی

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، براساس مقاله متشر شده در سایت ساینس دایرکت، در حالی که خودروهای برقی بیشتری وارد جاده‌ها می‌شوند، تاثیر زیست محیطی ناشی از تولید باتری‌های این خودروها نیز افزایش خواهد یافت. ین مساله یک سوال مهم ایجاد می‌کند؛ چه نوع از باتری خودروی الکتریکی در مقیاس بالا سازگاری بیشتری با محیط زیست خواهد داشت؟ در این حال، یک مطالعه منتشرشده در اول فوریه در نشریه IEEE Access حاکی از این است که پس از بررسی پنج نوع مختلف از سلول های باتری خودروی الکتریکی مشخص شد که سلول های باتری لیتیوم-سولفور بیشترین سازگاری را با محیط زیست دارند.

نتایج این بررسی‌ها همچنین نشان داده است سلول‌هایی که بر فلزات گرانبها و حیاتی متکی نیستند، برای تضمین تولید پایدار این باتری‌ها نقش اساسی دارند.

متداول‌ترین باتری خودروهای برقی در حال حاضر باتری سلول لیتیوم-یون است اما بسیاری از انواع دیگر باتری هم در حال تولید و آزمایش شدن هستند و انتظار می رود در سال های آینده وارد بازار شوند. هر کدام از این باتری‌ها نقاط ضعف و قوت خاص خود را دارند.

انواع باتری مورد استفاده در خودروها

امروزه، بیشتر خودروهای الکتریکی (EVs) به دلیل چگالی انرژی بالا، چگالی توان بالاتر و درجه توسعه نسبت به سایر فناوری‌های باتری، از باتری‌های لیتیوم یون (Li-ion) تغذیه می‌شوند.

با پیشرفت فناوری Li-ion و افزایش ناوگان خودروهای برقی، درک اثرات زیست محیطی تولید انبوه بسته‌های باتری برای خودروهای الکتریکی مهم است.

با این حال، با تراکم انرژی ۸۰ تا ۱۵۰ وات ساعت بر کیلوگرم، باتری‌های لیتیوم یون فعلی قادر به تامین انرژی خودروهای الکتریکی برای محدوده رانندگی قابل مقایسه با خودروهای معمولی نیستند. باتری‌های لیتیوم-گوگرد (Li-S) به عنوان فناوری باتری امیدوارکننده با ظرفیت نظری و چگالی انرژی بالاتر نسبت به باتری‌های لیتیوم یونی که امروزه استفاده می‌شوند، ظاهر شده‌اند.

علاوه بر این، باتری‌های Li-S به دلیل ترکیب شیمیایی در مقایسه با باتری‌های Li-ion احتمالاً مشخصات محیطی کمتری دارند. برای تأیید این بیانیه، این مطالعه یک ارزیابی چرخه عمر (LCA) سلول‌های باتری Li-S (در حال توسعه صنعتی در حال حاضر) را انجام می‌دهد که بر این اساس برای تخمین عملکرد آنها به عنوان باتری برای خودروهای برقی مقیاس‌بندی شده‌اند.

این مقایسه تأثیر هر باتری و مزایای بالقوه را از نظر مقادیر شاخص تأثیر زیست محیطی فناوری Li-S ارائه می دهد. اثرات باتری Li-S با یک باتری نیکل- کبالت- منگنز (NCM) در فاصله رانندگی مشابه مقایسه می شود.

نتایج ارزیابی 

نتایج ارزیابی اثرات زیست‌محیطی نشان می‌دهد که باتری‌های Li-S نسبت به باتری‌های NCM مطلوب‌ترین مشخصات زیست‌محیطی را نشان می‌دهند، به‌ویژه در دسته‌های کاهش منابع طبیعی که در آن باتری‌های Li-S 70 تا ۹۰ درصد مقادیر کمتری نسبت به باتری‌های Li-ion دارند. .

باتری‌هایی که در «آند» خود سیلیکون دارند مانند باتری‌های سیلیکون-پلی‌اکریلونیتریل (SiCPAN) و سلول های نانووایر سیلیکونی (SiNW) چگالی انرژی بسیار بالاتری نسب به باتری‌های سنتی لیتیوم-یون دارند که با آندهای گرافیتی ساخته می‌شوند. اما این باتری‌های سیلیون‌پایه در حال حاضر مستلزم استفاده از فلزات گرانبها مانند نقره هستند. گزینه‌ دیگری که آنها نیز مستلزم کاربرد فلزات گرانبها هستند.

باتری لیتیوم-سولفور

در نهایت، سلول های لیتیوم-سولفور در حال ظهور به عنوان یکی از گزینه‌های امیدوارکننده برای ساخت باتری‌های خودروهای الکتریکی هستند زیرا از حیث تئوریک ظرفیت و چگالی انرژی بالایی دارند بدون اینکه دربرگیرنده فلزات نادر زمین باشند. اما با وجود این مزیت‌ها، پیشرفت های فناورانه بیشتری برای تحقق پتانسیل کامل این سلول ها مورد نیاز است.

در همین حال محققان دانشگاه پلی‌تکنیک تورین ایتالیا با انجام آزمایش هایی درباره انواع مختلف باتری‌های خودرو، این سلول ها را از حیث تاثیر آنها روی ۶ معیار آنالیز کردند. این معیارها عبارت بودند از تغییرات آب و هوایی یا میزان کل گاز گلخانه‌ای منتشرشده در طول فرایند تولید؛ اسیدی‌سازی یا انتشار اکسید سولفوریک یا نیتروژن؛ غنی شدن محیط های آبی یا اوتریفیکاسیون (eutrophication) آب‌های شیرین؛ سمی‌سازی آب های شیرین (ecotoxicity) یا وارد کردن مواد سمی به منابع آبی؛ استفاده از سوخت های فسیلی در تولید و در نهایت تخلیه‌کردن ذخایر معدنی و فلزی.

نتایج این بررسی نشان داد که در مجموع باتری‌های لیتیوم-سولفور بیشترین سازگاری را با محیط زیست دارند. این باتری در مورد چهار معیار از ۶ معیار ذکرشده عملکرد بهتری نسبت به باتری‌های لیتیوم-یون دارند.

«ایزیو اسپیسا» از محققان بخش انرژی دانشگاه پلی تکنیک تورین گفت:

توصیه ما ادامه تحقیقات برای یافتن بهترین راه حل از حیث عملکرد و هزینه ضمن در نظر داشتن مزایا و تاثیرات زیست محیطی است.