خودروهایی از جنس کربن

از ترکیبات کربن، به عنوان موادی جدید برای ساخت باتری و به حرکت درآوردن خودروهای برقی استفاده خواهد شد

هنگامی که نتیجه پژوهش ها و نوآوری های متخصصان در زمینه طراحی و ساخت خودروی برقی در قالب اعجوبه ای به نام "تسلا روداستار" عینیت پیدا کرد، همگان دانستند که با پدیده ای نو در زمینه ساخت و به حرکت در آوردن خودروهای برقی روبه رو هستند. تسلا روداستار، یک خودروی برقی قدرتمند، تمام عیار و بسیار سریع است که می تواند ظرف 3/9 ثانیه به سرعت 96 کیلومتر در ساعت برسد. این خودروی برقی دو نفره دارای مزیت های پرشماری است، اما از یک عیب بزرگ که گریبان گیر همه خودروهای برقی ساخته شده در جهان است، رنج می برد و آن وزن بالای 1200 کیلوگرم این خودروست و نکته جالب تر این که 450 کیلوگرم از وزن تسلا روداستار را باتری های این خودرو تشکیل می دهد.
سنگین و حجیم بودن باتری های نصب شده در خودروهای برقی از جمله موانع و محدودیت های اصلی پیش روی طراحان و سازندنگان این خودروها بوده و هست. در سال های اخیر به رغم بهبود سطح فنی و حرکتی خودروهای برقی، پیشرفت محسوسی در زمینه ساخت باتری های مخصوص این خودروهای سبز صورت نگرفته است و در نتیجه وزن و ابعاد این خودروها، در حد ثابت و به عبارت بهتر، غیر قابل قبول و بیش از حد مطلوب آن باقی مانده است.
حال، دانشمندان به تکاپو افتاده اند و می کوشند تا با تغییر ساختاری در نحوه ساخت و قدرت دهی به خودروهای برقی، از طریق بهره گیری از مواد اولیه جدید، بر این مشکل و محدودیت فائق آیند. یکی از راه حل های پیشنهادی آنها، استفاده از مواد هیبرید (ترکیبی) از جمله ترکیبات کربن (کامپوزیت کربن) است که می توان از آن هم برای ساخت بخش هایی از بدنه خودروهای برقی استفاده کرد و هم برای ساخت باتری های سبک تر و کم حجم تر برای برق دهی به موتور این خودروها. بدین ترتیب، مهندسان و طرحان خودروهای برقی توانسته اند راهی واحد برای ترکیب شکل ساختاری و الکتریکی خودروهای برقی پیدا کنند.
ترکیبات کربن، بسیار محکم و در عین حال، بسیار سبک هستند و از مدت ها پیش در محصولات گوناگونی چون راکت تنیس گرفته تا بال هواپیما از آنها استفاده می شود. هم اکنون، دست اندر کاران صنعت خودرو دریافته اند که با توجه به ویژگی دو گانه ترکیبات کربن یعنی محکم و سبک بودن از یک سو و قابلیت ذخیره سازی مقادیر قابل توجهی انرژی برق، می توان هم در ساخت بدنه خودروهای برقی و تجهیزات آن که عمدتاً شامل باتری های مخصوص ذخیره سازی برق خودرو می شود، از این ترکیبات بهره برد و هم سیستم برق رسانی و شارژ باتری های خودرو را بهبود بخشید. "امیل گرین هالگ" از کالج امپریال لندن و گروه تحقیقاتی اتحادیه اروپا در حال مطالعه بر روی پروژه مرسوم به storage هستند که هدف اصلی آن، استفاده از باتری های جدید برای افزایش بهره وری در صنایع خودروسازی، هواپیما سازی و تجهیزات نظامی است. در این پروژه که زیر نظر وزارت دفاع انگلستان انجام می شود، تلاش شده تا محدودیت هایی چون طی مسافت خودروهای برقی بدون نیاز به شارژ مجدد یا برد هواپیماهای بدون سرنشین و یا روبات های مین یاب و غیره برطرف شود که یکی از بهترین راه حل ها برای رفع این مشکل، طراحی و ساخت باتری های جدید با وزن و حجم کمتر است.
در باتری های جدید که از ترکیبات کربن ساخته شده است، از صفحات بافته شده از فیبرهای کربن که با الیاف رزین تقویت شده اند، استفاده شده است. سازندگان این الیاف کوشیده اند به منظور افزایش توان ذخیره سازی انرژی برق در باتری های ساخته شده از این الیاف هر دو لایه از این فیبرها را به صورت ساندویچی دور یک لایه از ماده ای شیشه مانند که به مانند یک الکترود عمل می کند، بپیچند. هر کدام از این دو لایه دقیقاً مثل یون های لیتیوم در باتری های لیتیومی عمل می کنند، به این صورت که با ایجاد شارژ مثبت در یکی از این لایه ها، یک جریان الکتریسته از آن به سمت لایه دیگر که دارای بار منفی است، حرکت می کند و در این میان، انرژی الکتریکی قابل توجهی تولید می کند.
به گفته دکتر گرین هالگ، فیبرهای کربنی موجود در این باتری جدید، کاملاً مثل خازن عمل می کنند که قادر است مقادیر بسیار زیادی الکتریکی را جذب و ذخیره کند. نکته جالب تر در مورد باتری های ساخته شده از ترکیبات کربن این که این نوع باتری ها خیلی سریع و طی مدت کوتاهی شارژ می شوند. اما خیلی دیر و به آهستگی شارژشان به پایان می رسد و از این حیث، کاملاً شبیه به "ابر خازن ها" عمل می کنند. ابر خازن ها دارای یک پوشش ضخیم داخلی هستند که می تواند حجم قابل توجهی انرژی را ذخیره کرده و در موقع نیاز و به صورت تدریجی به موتورهای مصرف کننده انرژی (به عنوان مثال، موتور خودروهای برقی) منتقل کند. حال اگر این ساختار در خودروهای برقی به کار گرفته شود، علاوه بر افزایش توان برق رسانی باتری به موتور، می توان از اتلاف انرژی در زمان ترمز زدن خودرو جلوگیری و انرژی مازاد موتور در این زمان را به باتری بازگرداند.
یکی دیگر از ابتکارات و امتیازات منحصر به فرد باتری های ساخته شده از ترکیبات کربن به محل استقرار آنها مربوط می شود. باتری هایی از این نوع، بسیار کوچک تر از باتری های غول پیکر و سنگین لیتومی هستند که هم اکنون در خودروهای برقی استفاده می شوند. از باتری های کربنی به واسطه کوچک بودن می توان در همه جای خودرو استفاده کرد و جای ویژه ای برای نصب این باتری ها مورد نیاز نیست. به عنوان مثال، برای تأمین انرژی برق مورد نیاز چراغ های عقب خودرو می توان یک باتری کربنی کوچک در پشت این چراغ ها نصب کرد یا برای تأمین نور داخل خودرو، یک باتری کوچک در سقف خودرو قرار داد. به عبارت دیگر، دیگر به چیزی به نام "محفظه باتری" در خودروهای برقی مجهز به باتری های کربنی نیاز نخواهد بود و این یعنی کمک به وقوع انقلابی در عرصه طراحی خودروهای برقی آینده. تصور کنید یک خودروی برقی کوچک و به اصطلاح "نُقلی" را که شباهت چندانی به خودروهای بنزینی ندارد و بسیار جم و جورتر از آنهاست، اما از همه قابلیت ها و امکانات رفاهی آنها برخوردار است و این همان رویایی است که سازندگان و دوستداران خودرهای برقی از سال ها پیش در پی تحقق آن هستند.
منبع: ویژه نامه علم و فناوری اکونومیست