الیاف شیشه‌ای S2 در باتری سرب–اسیدی دوقطبی؛

معرفی فناوری گرید کامپوزیتی

 استفاده از الیاف شیشه‌ای پیشرفته در صنایع مختلف، دیگر محدود به کاربردهای سنتی مانند کامپوزیت‌های صنعتی، هوافضا و تجهیزات الکتریکی نیست. در سال‌های اخیر، ترکیب الیاف شیشه با مواد مهندسی‌شده، مسیر جدیدی برای توسعه سیستم‌های ذخیره انرژی ایجاد کرده است.
یکی از نمونه‌های جدید این فناوری، استفاده از الیاف شیشه‌ای S2 Glass شرکت AGY در گریدهای کامپوزیتی باتری‌های سرب–اسیدی دوقطبی شرکت Terra Supreme Battery است؛ فناوری‌ای که با هدف افزایش استحکام ساختاری گرید، کاهش یکی از مکانیسم‌های اصلی خرابی باتری‌های سرب–اسیدی و افزایش عمر چرخه‌ای توسعه یافته است. شرکت Terra Supreme در مرداد ۱۴۰۵ / اوت ۲۰۲۶ استفاده از S2 Glass در باتری‌های جدید Group 31 خود را اعلام کرد
برای متخصصان صنعت نساجی و الیاف، اهمیت این فناوری تنها در خود باتری نیست؛ بلکه در نوع استفاده از یک ماده الیافی با عملکرد بالا در یک ساختار کامپوزیتی کاملاً مهندسی‌شده است.

الیاف شیشه‌ای S2 چیست؟
S2 Glass یک نوع الیاف شیشه‌ای با استحکام بالا است که برای کاربردهایی توسعه یافته که در آن‌ها استحکام مکانیکی، دوام و پایداری ابعادی اهمیت ویژه‌ای دارند.
در فناوری Terra Supreme، الیاف شیشه‌ای S2 به‌عنوان فاز تقویت‌کننده در ساخت یک گرید کامپوزیتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. بر اساس اطلاعات منتشرشده توسط Terra Supreme، این ساختار از الیاف شیشه بسیار مقاوم تشکیل شده که با سرب خالص پوشش داده می‌شوند و سپس برای ایجاد شبکه یا مش گرید باتری مورد استفاده قرار می‌گیرند.
در واقع، به جای اتکا به یک شبکه فلزی سنتی، یک ساختار کامپوزیتی ایجاد می‌شود که در آن:
* الیاف شیشه‌ای نقش تقویت‌کننده را دارند.
* سرب خالص نقش رسانا و بخش ماتریسی ساختار را ایفا می‌کند.
* هندسه گرید در طول چرخه‌های شارژ و دشارژ پایدارتر باقی می‌ماند.
* ماده فعال مثبت بهتر در ساختار گرید تثبیت می‌شود.
همین ترکیب، نقطه اصلی تفاوت این فناوری با بسیاری از ساختارهای متداول باتری سرب–اسیدی است.

مشکل اصلی باتری‌های سرب–اسیدی چیست؟
یکی از چالش‌های شناخته‌شده در باتری‌های سرب–اسیدی، پدیده‌ای است که در صنعت باتری با عنوان Positive Active-Material Shedding یا «ریزش ماده فعال مثبت» شناخته می‌شود.
ماده فعال صفحات باتری در طول فرآیندهای مکرر شارژ و دشارژ دچار تغییرات حجمی و تنش‌های مکانیکی می‌شود. اگر گرید نتواند در برابر این تنش‌ها پایداری کافی داشته باشد، ساختار ماده فعال به‌تدریج دچار تخریب و جداشدگی می‌شود.
این فرآیند می‌تواند به کاهش ظرفیت، افت عملکرد و در نهایت کاهش عمر مفید باتری منجر شود.
Terra Supreme فناوری گرید کامپوزیتی خود را با هدف مقابله با همین مکانیسم خرابی توسعه داده است. در این ساختار، پایداری ابعادی گرید باعث می‌شود هندسه تقویت‌شده در طول سرویس باتری بهتر حفظ شود و ماده فعال مثبت از نظر ساختاری مهار شود. 

نقش الیاف شیشه در افزایش پایداری گرید
اینجا دقیقاً همان نقطه‌ای است که فناوری الیاف وارد یک کاربرد پیشرفته می‌شود.
در یک کامپوزیت مهندسی‌شده، هدف فقط افزایش استحکام نیست. پارامترهایی مانند:
* نسبت استحکام به وزن
* مدول کششی
* پایداری ابعادی
* مقاومت در برابر خستگی
* دوام در شرایط کاری
* سازگاری با ماده زمینه
* کیفیت پوشش سطحی الیاف نیز اهمیت دارند.
الیاف شیشه S2 به دلیل استحکام بالای خود می‌توانند یک اسکلت تقویت‌کننده برای گرید ایجاد کنند. طبق اعلام شرکت Terra Supreme، الیاف شیشه تقویت‌کننده این ساختار از نظر استحکام نسبت به وزن، ۱۰ برابر قوی‌تر از فولاد معرفی شده‌اند.
در نتیجه، گرید کامپوزیتی می‌تواند در برابر تغییر شکل و تنش‌های ناشی از چرخه‌های کاری باتری مقاومت بیشتری داشته باشد.

 گرید کامپوزیتی چگونه ساخته می‌شود؟
فرآیند معرفی‌شده توسط Terra Supreme، نمونه جالبی از ترکیب فناوری الیاف و متالورژی است.
در این ساختار، یک رشته الیاف شیشه‌ای با استحکام بالا ابتدا با سرب خالص پوشش داده می‌شود. سپس این رشته‌های پوشش‌داده‌شده به صورت یک شبکه یا مش بافته می‌شوند تا پایه گرید باتری را تشکیل دهند.
به این ترتیب، یک ساختار چندماده‌ای شکل می‌گیرد که عملکرد هر جزء در آن متفاوت است:
الیاف شیشه → تأمین استحکام مکانیکی
سرب → ایجاد مسیر رسانای جریان
شبکه کامپوزیتی → حفظ هندسه و پشتیبانی از ماده فعال
این رویکرد نشان می‌دهد که چگونه فناوری بافت، ساختار شبکه‌ای و مهندسی الیاف می‌تواند در محصولی خارج از کاربردهای مرسوم نساجی مورد استفاده قرار گیرد. 

چرا معماری دوقطبی اهمیت دارد؟
نوآوری Terra Supreme تنها به استفاده از الیاف شیشه محدود نمی‌شود. این باتری از معماری Bipolar یا «دوقطبی» استفاده می‌کند.
در طراحی دوقطبی، صفحات به‌صورت افقی قرار گرفته‌اند و مسیر عبور جریان در داخل باتری کوتاه‌تر و کارآمدتر شده است. همچنین طراحی باتری فاقد باس‌بارهای داخلی متداول است.
در باتری‌های سرب–اسیدی معمولی، اتصال صفحات و سلول‌ها به کمک باس‌بارها انجام می‌شود. این اجزا علاوه بر ایجاد مسیر الکتریکی، می‌توانند در معرض تنش‌های مکانیکی و حرارتی قرار داشته باشند.
در معماری دوقطبی، مسیر جریان به شکل متفاوتی طراحی شده و هدف، کاهش مقاومت داخلی و ایجاد توزیع مناسب‌تر جریان در ساختار باتری است.
بنابراین فناوری Terra Supreme را باید حاصل ترکیب چند نوآوری دانست:
الیاف شیشه‌ای با استحکام بالا گرید کامپوزیتی معماری دوقطبی مسیر جریان بهینه

چرا این فناوری برای صنعت الیاف و نساجی اهمیت دارد؟
در نگاه اول، باتری سرب–اسیدی ارتباط مستقیمی با صنعت نساجی ندارد؛ اما از منظر فناوری مواد، ارتباط بسیار مهمی وجود دارد.
صنعت نساجی در دهه‌های اخیر از تولید الیاف برای کاربردهای سنتی فاصله گرفته و به سمت Technical Textiles و Advanced Materials حرکت کرده است.
الیاف شیشه‌ای، الیاف کربن، آرامیدها، UHMWPE و سایر الیاف مهندسی‌شده امروزه در محصولاتی استفاده می‌شوند که نیازمند ویژگی‌هایی فراتر از خصوصیات یک الیاف نساجی معمولی هستند.
در چنین کاربردهایی، پارامترهایی مانند استحکام ویژه، مدول، مقاومت حرارتی، پایداری ابعادی و عملکرد کامپوزیتی اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند.
به همین دلیل، توسعه گرید کامپوزیتی باتری با استفاده از الیاف شیشه‌ای را می‌توان نمونه‌ای از حرکت صنعت الیاف به سمت بازارهای Advanced Materials و Energy Storage دانست.

از نخ شیشه‌ای تا کامپوزیت‌های پیشرفته
یکی از نکات جذاب این فناوری، تبدیل یک ماده الیافی به یک جزء سازه‌ای در یک سیستم انرژی است.
در صنایع نساجی، شیشه می‌تواند به صورت الیاف پیوسته، نخ شیشه‌ای، پارچه یا ساختارهای بافته‌شده مورد استفاده قرار گیرد. اما در کاربردهای کامپوزیتی، مسئله اصلی دیگر فقط «تولید نخ» نیست؛ بلکه مهندسی کل ساختار است.
برای مثال، طراحی چنین محصولی می‌تواند به عواملی مانند موارد زیر وابسته باشد:
* نوع و ترکیب شیشه
* قطر فیلامنت
* تعداد فیلامنت‌ها
* ساختار نخ
* نوع پوشش سطحی یا Sizing
* روش بافت
* تراکم شبکه
* نحوه پوشش‌دهی با سرب
* اتصال بین الیاف و فلز
* رفتار ساختار در برابر خستگی
این موضوع نشان می‌دهد که دانش مهندسی الیاف و ساختارهای بافته‌شده می‌تواند به‌صورت مستقیم وارد حوزه‌هایی مانند ذخیره انرژی و کامپوزیت‌های عملکردی شود.

حذف باس‌بارهای متداول؛ یک تغییر مهم در طراحی
یکی از ویژگی‌های قابل توجه باتری Terra Supreme، حذف باس‌بارهای داخلی متداول است.
در ساختارهای سنتی، باس‌بارها وظیفه اتصال الکتریکی مجموعه صفحات را برعهده دارند. اما در معماری دوقطبی، مسیر جریان به شکل متفاوتی طراحی شده است.
طبق اطلاعات Terra Supreme، این ساختار علاوه بر حذف باس‌بارهای داخلی، از صفحات افقی و یک مسیر جریان داخلی کارآمد استفاده می‌کند. همچنین سازنده آن را به‌عنوان جایگزینی مستقیم برای باتری‌های Group 31 معرفی کرده که به تغییر سیستم شارژ موجود نیاز ندارد.
این ویژگی از منظر مهندسی سیستم اهمیت دارد؛ زیرا توسعه یک فناوری جدید زمانی جذاب‌تر می‌شود که بتواند بدون تغییر گسترده در زیرساخت موجود، جایگزین فناوری قبلی شود.

آیا باتری‌های سرب–اسیدی هنوز ظرفیت نوآوری دارند؟
با وجود رشد سریع باتری‌های لیتیوم‌یون، توسعه Terra Supreme نشان می‌دهد که فناوری سرب–اسیدی هنوز ظرفیت قابل توجهی برای مهندسی مجدد دارد.
مزیت اصلی چنین رویکردی این است که به جای کنار گذاشتن کامل یک شیمی شناخته‌شده، نقاط ضعف ساختاری آن هدف قرار می‌گیرد.
در این مورد، تمرکز بر سه حوزه اصلی است:
1. مهندسی موادک: استفاده از الیاف شیشه‌ای با استحکام بالا در گرید کامپوزیتی.
2. مهندسی ساختاراستفاده از معماری دوقطبی و حذف باس‌بارهای داخلی متداول.
3. مهندسی عملکرد: افزایش توان استارت، ظرفیت ذخیره و عمر چرخه‌ای.
این رویکرد می‌تواند نمونه‌ای از مفهوم «بازطراحی فناوری‌های قدیمی با مواد جدید» باشد.

کاربردهای احتمالی این فناوری
باتری Group 31 Terra Supreme برای مجموعه متنوعی از کاربردها معرفی شده است؛ از جمله:
* خودروها و تجهیزات حمل‌ونقل تجاری
* ماشین‌آلات کشاورزی
* تجهیزات صنعتی
* سیستم‌های اضطراری
* تجهیزات دریایی
* وسایل نقلیه تفریحی
* تجهیزات ریلی
* کاربردهای هوافضا و دفاعی
* سیستم‌های ذخیره انرژی Off-Grid
* سیستم‌های ذخیره انرژی Grid-Tied
همچنین وجود سیستم پایش داخلی مبتنی بر Bluetooth امکان نظارت بر وضعیت باتری را فراهم می‌کند. 

آینده الیاف شیشه در صنعت انرژی
شاید مهم‌ترین پیام این فناوری برای صنعت نساجی و الیاف این باشد که بازار آینده الیاف تنها به پوشاک، منسوجات خانگی و حتی منسوجات صنعتی محدود نخواهد شد.
بازارهایی مانند:
باتری و ذخیره انرژی، کامپوزیت‌ها، خودرو، هوافضا، تجهیزات الکتریکی، زیرساخت، توربین‌های بادی و حمل‌ونقل
به مواد الیافی پیشرفته‌ای نیاز دارند که بتوانند همزمان استحکام، سبکی، دوام و پایداری ابعادی مورد نیاز را تأمین کنند.
استفاده از S2 Glass در گرید باتری Terra Supreme نمونه‌ای از همین روند است؛ یعنی تبدیل الیاف شیشه از یک ماده تقویت‌کننده عمومی به یک جزء مهندسی‌شده در یک سیستم ذخیره انرژی پیشرفته.

فناوری جدید Terra Supreme نشان می‌دهد که آینده نوآوری در باتری‌ها الزاماً فقط در توسعه شیمی‌های کاملاً جدید خلاصه نمی‌شود. گاهی می‌توان با بازطراحی ساختار داخلی، استفاده از مواد پیشرفته و تغییر معماری محصول، عملکرد یک فناوری قدیمی را به شکل قابل توجهی ارتقا داد.
در این فناوری، الیاف شیشه‌ای S2 نقش یک تقویت‌کننده ساختاری را در گرید کامپوزیتی ایفا می‌کنند و با کمک به حفظ پایداری ابعادی گرید، برای مقابله با پدیده ریزش ماده فعال مثبت به کار گرفته شده‌اند. در کنار آن، معماری دوقطبی، صفحات افقی و حذف باس‌بارهای داخلی، بخش دیگری از نوآوری این باتری را تشکیل می‌دهند.
از دیدگاه صنعت نساجی، این فناوری یک مثال ارزشمند از توسعه کاربردهای High-Performance Fibers و Technical Textiles در بازارهای جدید است؛ بازاری که در آن «الیاف» دیگر صرفاً ماده اولیه برای تولید نخ و پارچه نیست، بلکه می‌تواند بخشی از یک سیستم مهندسی‌شده برای ذخیره انرژی باشد.



منبع فنی: اطلاعات اعلام‌شده توسط AGY و Terra Supreme Battery؛ مشخصات عملکردی و معماری محصول بر اساس منابع رسمی سازنده بررسی شده است. 

https://innovationintextiles.com►

♦ لینک اشتراک گذاری :

https://B2n.ir/fp6910►

♦ مطالب پیشنهادی :

- دستگاه بافندگی رپیری فوق سریع مدل WL680- مخصوص مش فایبرگلاس

- آشنایی با الیاف رووینگ شیشه‌ای و پارچه مش فایبر گلاس

- نقش الیاف شیشه و کربن در ارتقای کیفیت کفپوش‌های رزینی

.

.

لطفاً ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید.