Автор: Энтони Кинг ().
Электр унааларын жапырт колдонууга өтүү жолундагы эң чоң тоскоолдуктардын бири – батарейкалар. Бирок, эгерде алар узак иштеп эле тим болбостон, өзү бузулган жерин оңдой алсачы?
Мына ушундай жаңычыл идеяны ишке ашырууну максат кылган окумуштуулар — Йоханнес Циглер (Johannes Ziegler) менен Лиу Суфу (Liu Sufu) — бул багытта илимий иштерди жүргүзүп жатышат.
Алардын изилдөөсү Европа Биримдигинин Horizon программасы тарабынан каржыланган. Бул тууралуу аталган долбоордун интернет басылмасында жарыяланды.
2025-жылдын февралында Европада электр автоунааларынын сатылышы өткөн жылдын ушул айына салыштырмалуу 20% өскөн. Бул унаалар биздин транспорт системасын электрлештирүү жана планетага зыяндуу болгон көмүр кычкыл газын азайтуу үчүн абдан маанилүү. Бирок бул жол оңой эмес.
Көпчүлүк электр унаалары литий-ион батарейкалары менен жасалган — алар смартфондорубузда колдонулган батарейкаларга окшош, бирок алда канча чоң жана татаал. Электр машинелердин батарейкасы ондогон килограмм баалуу металлдарды — литий, никель жана жезди камтыйт жана кеминде он жыл иштеши керек – унаанын иштөө мөөнөтүнө ылайык.
Бул көйгөйдү чечүү үчүн Европа Биримдиги тарабынан каржыланган PHOENIX аттуу демилге түзүлүп, анын алкагында илимпоздор өзүн өзү оңдой ала турган батарейкаларды иштеп чыгууда. Алардын максаты — батарейканын иштөө мөөнөтүн узартуу, коопсуздугун жогорулатуу жана жаңы металлдарды казууга болгон муктаждыкты азайтуу.
“Максат — батарейканын кызмат мөөнөтүн узартуу жана анын көмүртек изин кыскартуу. Себеби, эгер батарейка өзү оңдоло алса, анда кайра-кайра жаңысын чыгарууга керектүү ресурстар азыраак талап кылынат,” — деп түшүндүрөт Германиядагы Фраунгофер силикаттык изилдөөлөр институтунун (Fraunhofer Institute for Silicate Research – ISC) материал таануучу адиси Йоханнес Циглер.
2023-жылы Европа Биримдиги 34 материалды стратегиялык маанилүү деп таанып, алардын катарына литий, никель, жез жана кобальтты да киргизген.
Евробиримдиктин мыйзамына ылайык, 2035-жылдан тартып сатылуучу бардык жеңил автоунаалар жана кичи жүк ташуучу унаалар нөл эмиссиялуу болушу керек. Максат — транспорттордон чыккан зыяндуу газдардын бөлүнүшүн кескин азайтуу.
Мунун баары жакшыраак батарейкаларды талап кылат.
Сезүү жана өз алдынча ишке кошуу
Кимде болбосун смартфон болсо, батарейканын жашоосу кыска экенин билет: бир нече жылдан кийин бат эле отуруп калат. Дал ушундай көйгөй электромобилдерде да кеңири кездешет, болгону — чоң масштабда.
Бул батарейкалар узак убакыт бою кайра-кайра заряддалып, разряддалган сайын ички бөлүктөрүнүн тозуп, иштен чыгуусунан улам болот.
Белгия, Германия, Италия, Испания жана Швейцариянын окумуштуулары биригип, литий-ион батарейкаларынын эскирүү процесси кандай болорун байкай турган сенсорлорду иштеп чыгууда. Алар ошондой эле, керектүү учурда батарейканын өзүн-өзү калыбына келтиришин баштай турган триггер механизмдерди (белгилүү бир шарттар болгондо процессти же реакцияны баштоочу механизм) да түзүшүүдө.
Максат — батарейкалардын иштөө мөөнөтүн эки эсеге узартуу жана ошону менен бирге унаалардын жашоосун да көбөйтүү.
Бүгүнкү күндө колдонулуп жаткан батарейка башкаруу системалары (BMS – батарейканын “мээси”) чыңалуу менен температураны көзөмөлдөп, коопсуздукту камсыз кылат.
“Азыркы учурда батарейкадан алынуучу маалымат чектелүү: температура, чыңалуу жана ток гана байкалат. Бул батарейканын калдык энергиясын болжолдоого жана коопсуздукка гана кызмат кылат,” — дейт Швейцариядагы CSEM борборунун инженери Йв Стауффер (Yves Stauffer). Ал батарейка башкаруу системасы боюнча изилдөөлөрдү жетектейт.
PHOENIX командасы андан ары тереңдөөнү максат кылып жатат. Алар батарейка кеңейген учурду аныктай турган, ички температураны картага түшүрө турган жана суутек же көмүртек кычкылы сыяктуу кооптуу газдарды байкай турган сенсорлорду иштеп чыгууда.
Бул сенсорлор батарейканын абалы начарлаганын алдын ала эскертүүчү механизм болуп берет.
Эгер батарейканын “мээси” оңдоо керек деген чечимге келсе, калыбына келтирүү процесси башталат. Мисалы, батарейканы кайра формага келтирүү же белгилүү бир жерге жылуулук берүү жолу менен өзүн-өзү оңдоону ишке ашыруу мүмкүн.
“Жылуулук таасиринен кийин өзгөчө химиялык байланыштар кайра жаралышы мүмкүн,” — дейт PHOENIX долбоорунун батарейка химиги Суфу.
Дагы бир өзүн-өзү калыбына келтирүүчү ыкма — магнит талаасын колдонуп, заряд учурунда батарейканын электродунда пайда болгон дендриттерди — бутактуу металл түзүмдөрдү — талкалоо. Бул дендриттер чукул туташууга (короткое замыкание) алып келиши мүмкүн.
Батарейканын көлөмү маанилүү
PHOENIX долбоорунун илимпоздору электр унааларынын жүрүү аралыгын көбөйтүп, батарейканын көлөмүн кичирейтүүнү да көздөшүүдө.
“Биз энергия тыгыздыгы жогору болгон кийинки муундагы батарейкаларды иштеп чыгууга аракет кылып жатабыз,” — дейт Суфу.
Демек, унаага чакан көлөмдөгү батарейка орнотулуп, ал жеңилирээк болот жана бир заряд менен көбүрөөк жол жүрө алат.
Буга жетүү үчүн алар азыр кеңири колдонулуп жаткан графитти кремнийге алмаштырууну карашууда. Кремний — металл менен металл эмес заттардын ортосундагы элемент.
Бирок бул материал азыркы коммерциялык батарейкаларда көп колдонулбайт. Анткени кремний туруктуу эмес жана заряд учурунда көлөмү 300% чейин кеңейет. Демек, андай батарейка өзүн-өзү оңдой албаса, жараксыз болуп калышы мүмкүн.
2025-жылдын март айында жаңы сенсорлор менен триггерлердин партиясы даярдалып, ийкемдүү, жеңил жана жалпак формадагы литий-ион батарейкалар — ийкемдүү же жумшак батарейкалар (pouch cell) моделдери өнөктөштөргө сыноого жөнөтүлгөн.
Бирок сенсорлор батарейканын сапаты тууралуу маанилүү маалыматтарды берген менен, алар кошумча чыгымдарды да талап кылат. Ошондуктан команда кайсы технологиялар чынында эле автоунаалары үчүн чыгымга шай экенин аныктоого басым жасоодо.
Кайсы ыкма жеңсе да, бул келечектеги электромобилдер үчүн узак жашоочу, коопсуз, чакан жана ресурстарды азыраак керектеген батарейкаларды камсыздайт.
Батарейканын кызмат мөөнөтүн узартуу — унаалардын көмүртек изин да азайтып, экологияга жана керектөөчүгө бирдей пайда алып келет.
“Батарейканын иштөө мөөнөтүн узартуу жана электр унаалар менен иштөө — чыныгы шыктануу жаратат. Бул — технологиялык бөлүктөрдү чогултуп, бүтүн системаны жаратуу”, – дейт Циглер.
Автор: Энтони Кинг ().
Эскертүү: Бул макала алгач Horizon – Европа Биримдигинин Изилдөө жана Инновация журналы тарабынан жарыяланган.
Шилтемелер:
- Макаланын түп нускасы: https://projects.research-and-innovation.ec.europa.eu/en/horizon-magazine/self-repairing-batteries-promise-longer-life-and-range-electric-cars
- Сүрөт unplash.com сайтынан алынды, автору Ricardo Rick Govic.
