خودروهايي از جنس کربن

از ترکيبات کربن، به عنوان موادي جديد براي ساخت باتري و به حرکت درآوردن خودروهاي برقي استفاده خواهد شد
 

هنگامي که نتيجه پژوهش ها و نوآوري هاي متخصصان در زمينه طراحي و ساخت خودروي برقي در قالب اعجوبه اي به نام "تسلا روداستار" عينيت پيدا کرد، همگان دانستند که با پديده اي نو در زمينه ساخت و به حرکت در آوردن خودروهاي برقي روبه رو هستند. تسلا روداستار، يک خودروي برقي قدرتمند، تمام عيار و بسيار سريع است که مي تواند ظرف 3/9 ثانيه به سرعت 96 کيلومتر در ساعت برسد. اين خودروي برقي دو نفره داراي مزيت هاي پرشماري است، اما از يک عيب بزرگ که گريبان گير همه خودروهاي برقي ساخته شده در جهان است، رنج مي برد و آن وزن بالاي 1200 کيلوگرم اين خودروست و نکته جالب تر اين که 450 کيلوگرم از وزن تسلا روداستار را باتري هاي اين خودرو تشکيل مي دهد.
سنگين و حجيم بودن باتري هاي نصب شده در خودروهاي برقي از جمله موانع و محدوديت هاي اصلي پيش روي طراحان و سازندنگان اين خودروها بوده و هست. در سال هاي اخير به رغم بهبود سطح فني و حرکتي خودروهاي برقي، پيشرفت محسوسي در زمينه ساخت باتري هاي مخصوص اين خودروهاي سبز صورت نگرفته است و در نتيجه وزن و ابعاد اين خودروها، در حد ثابت و به عبارت بهتر، غير قابل قبول و بيش از حد مطلوب آن باقي مانده است.
حال، دانشمندان به تکاپو افتاده اند و مي کوشند تا با تغيير ساختاري در نحوه ساخت و قدرت دهي به خودروهاي برقي، از طريق بهره گيري از مواد اوليه جديد، بر اين مشکل و محدوديت فائق آيند. يکي از راه حل هاي پيشنهادي آنها، استفاده از مواد هيبريد (ترکيبي) از جمله ترکيبات کربن (کامپوزيت کربن) است که مي توان از آن هم براي ساخت بخش هايي از بدنه خودروهاي برقي استفاده کرد و هم براي ساخت باتري هاي سبک تر و کم حجم تر براي برق دهي به موتور اين خودروها. بدين ترتيب، مهندسان و طرحان خودروهاي برقي توانسته اند راهي واحد براي ترکيب شکل ساختاري و الکتريکي خودروهاي برقي پيدا کنند.
ترکيبات کربن، بسيار محکم و در عين حال، بسيار سبک هستند و از مدت ها پيش در محصولات گوناگوني چون راکت تنيس گرفته تا بال هواپيما از آنها استفاده مي شود. هم اکنون، دست اندر کاران صنعت خودرو دريافته اند که با توجه به ويژگي دو گانه ترکيبات کربن يعني محکم و سبک بودن از يک سو و قابليت ذخيره سازي مقادير قابل توجهي انرژي برق، مي توان هم در ساخت بدنه خودروهاي برقي و تجهيزات آن که عمدتاً شامل باتري هاي مخصوص ذخيره سازي برق خودرو مي شود، از اين ترکيبات بهره برد و هم سيستم برق رساني و شارژ باتري هاي خودرو را بهبود بخشيد. "اميل گرين هالگ" از کالج امپريال لندن و گروه تحقيقاتي اتحاديه اروپا در حال مطالعه بر روي پروژه مرسوم به storage هستند که هدف اصلي آن، استفاده از باتري هاي جديد براي افزايش بهره وري در صنايع خودروسازي، هواپيما سازي و تجهيزات نظامي است. در اين پروژه که زير نظر وزارت دفاع انگلستان انجام مي شود، تلاش شده تا محدوديت هايي چون طي مسافت خودروهاي برقي بدون نياز به شارژ مجدد يا برد هواپيماهاي بدون سرنشين و يا روبات هاي مين ياب و غيره برطرف شود که يکي از بهترين راه حل ها براي رفع اين مشکل، طراحي و ساخت باتري هاي جديد با وزن و حجم کمتر است.
در باتري هاي جديد که از ترکيبات کربن ساخته شده است، از صفحات بافته شده از فيبرهاي کربن که با الياف رزين تقويت شده اند، استفاده شده است. سازندگان اين الياف کوشيده اند به منظور افزايش توان ذخيره سازي انرژي برق در باتري هاي ساخته شده از اين الياف هر دو لايه از اين فيبرها را به صورت ساندويچي دور يک لايه از ماده اي شيشه مانند که به مانند يک الکترود عمل مي کند، بپيچند. هر کدام از اين دو لايه دقيقاً مثل يون هاي ليتيوم در باتري هاي ليتيومي عمل مي کنند، به اين صورت که با ايجاد شارژ مثبت در يکي از اين لايه ها، يک جريان الکتريسته از آن به سمت لايه ديگر که داراي بار منفي است، حرکت مي کند و در اين ميان، انرژي الکتريکي قابل توجهي توليد مي کند.
به گفته دکتر گرين هالگ، فيبرهاي کربني موجود در اين باتري جديد، کاملاً مثل خازن عمل مي کنند که قادر است مقادير بسيار زيادي الکتريکي را جذب و ذخيره کند. نکته جالب تر در مورد باتري هاي ساخته شده از ترکيبات کربن اين که اين نوع باتري ها خيلي سريع و طي مدت کوتاهي شارژ مي شوند. اما خيلي دير و به آهستگي شارژشان به پايان مي رسد و از اين حيث، کاملاً شبيه به "ابر خازن ها" عمل مي کنند. ابر خازن ها داراي يک پوشش ضخيم داخلي هستند که مي تواند حجم قابل توجهي انرژي را ذخيره کرده و در موقع نياز و به صورت تدريجي به موتورهاي مصرف کننده انرژي (به عنوان مثال، موتور خودروهاي برقي) منتقل کند. حال اگر اين ساختار در خودروهاي برقي به کار گرفته شود، علاوه بر افزايش توان برق رساني باتري به موتور، مي توان از اتلاف انرژي در زمان ترمز زدن خودرو جلوگيري و انرژي مازاد موتور در اين زمان را به باتري بازگرداند.
يکي ديگر از ابتکارات و امتيازات منحصر به فرد باتري هاي ساخته شده از ترکيبات کربن به محل استقرار آنها مربوط مي شود. باتري هايي از اين نوع، بسيار کوچک تر از باتري هاي غول پيکر و سنگين ليتومي هستند که هم اکنون در خودروهاي برقي استفاده مي شوند. از باتري هاي کربني به واسطه کوچک بودن مي توان در همه جاي خودرو استفاده کرد و جاي ويژه اي براي نصب اين باتري ها مورد نياز نيست. به عنوان مثال، براي تأمين انرژي برق مورد نياز چراغ هاي عقب خودرو مي توان يک باتري کربني کوچک در پشت اين چراغ ها نصب کرد يا براي تأمين نور داخل خودرو، يک باتري کوچک در سقف خودرو قرار داد. به عبارت ديگر، ديگر به چيزي به نام "محفظه باتري" در خودروهاي برقي مجهز به باتري هاي کربني نياز نخواهد بود و اين يعني کمک به وقوع انقلابي در عرصه طراحي خودروهاي برقي آينده. تصور کنيد يک خودروي برقي کوچک و به اصطلاح "نُقلي" را که شباهت چنداني به خودروهاي بنزيني ندارد و بسيار جم و جورتر از آنهاست، اما از همه قابليت ها و امکانات رفاهي آنها برخوردار است و اين همان رويايي است که سازندگان و دوستداران خودرهاي برقي از سال ها پيش در پي تحقق آن هستند.
منبع: ويژه نامه علم و فناوري اکونوميست
منبع: دانشمند، شماره 576