تحقیقات علمی مواد کمبریج Molyon در ماموریتی است که باتری‌های نسل بعدی را به پرواز درآورد

فناوری باتری در رقابت با تغییرات آب و هوایی بسیار مهم است زیرا جهان به سمت برق‌سازی متمایل می‌شود تا انرژی‌زدایی از کربن را تامین کند. اما افزایش تقاضا توجه بیشتری را به محدودیت‌ها و معایب فناوری باتری‌های لیتیوم یون (Li-ion) نسل فعلی معطوف کرده است. اینجا جایی است که دانشگاه کمبریج منشعب شد مولیون امیدوار است وارد شود: استارت‌آپ بریتانیایی در حال توسعه فناوری لیتیوم-سولفور (Li-S) نسل بعدی است.

باتری‌های Li-S به لطف چگالی انرژی بالاتر در مقایسه با سلول‌های لیتیوم یونی، همراه با مزیت انعطاف‌پذیری بهتر زنجیره تامین از آنجایی که گوگرد فراوان است، نوید عملکرد بسیار بهتری دارند. برخی از مواد معدنی حیاتی برای باتری های لیتیوم یونی سخت تر است.

دکتر اسماعیل سامی، مدیر عامل و یکی از بنیانگذاران Molyon (تصویر بالا، سمت چپ، با یکی از بنیانگذاران و CTO) استدلال می کند: “باتری های فعلی، مانند باتری های موجود در تلفن های ما، لپ تاپ ها، وسایل نقلیه الکتریکی ما، به اندازه کافی خوب نیستند.” دکتر ژوانگنان لی). آنها گران هستند، حاوی مواد کمیاب حیاتی مانند کبالت هستند و همچنین از نظر عملکرد به اندازه کافی خوب نیستند.

«من مجبورم تلفنم را چندین بار، گاهی اوقات، در یک روز شارژ کنم. وقتی مردم به خرید یک وسیله نقلیه الکتریکی نگاه می کنند، هنوز “اضطراب برد” وجود دارد. و بنابراین باتری‌های لیتیوم یونی، واقعاً از نظر عملکرد به این «سقف شیشه‌ای» می‌رسند. و ما به نسل بعدی نیاز داریم – یک تغییر گام در عملکرد – تا ما را قادر سازد کارهای بیشتری انجام دهیم و به آن سفر به سمت خالص صفر برسیم.

مدت زیادی است که در مورد پتانسیل عملکرد باتری های Li-S که در واقع در دهه 1960 اختراع شدند، هیجان وجود دارد. با این حال، تجاری سازی متوقف شده است، زیرا گوگرد در داخل باتری واکنش نشان می دهد و در نهایت منجر به تسریع تخریب سلول می شود، به این معنی که این باتری های پر انرژی در طول تاریخ به سرعت سوخته اند. و هیچ کس نمی خواهد باتری شگفت انگیزی داشته باشد که فقط چند چرخه شارژ دوام بیاورد.

اما اکنون Molyon بر این باور است که با استفاده از ماده جدیدی برای کاتد که سامی می‌گوید به‌طور فوق‌العاده خوب کار می‌کند، پاسخی برای تثبیت باتری‌های Li-S در «صدها چرخه» یافته است. این توسعه نوید بازگشایی پتانسیل دگرگون‌کننده Li-S در مقیاس تجاری را می‌دهد – با فرض اینکه تیم بتواند پیشرفت‌های آزمایشگاهی خود را به فناوری دنیای واقعی ترجمه کند.

این استارت‌آپ در فوریه سال جاری تأسیس شد – پس از حدود 15 سال تحقیق در دپارتمان علوم مواد دانشگاه کمبریج. این کار توسط گروه Chhowalla گروه علم مواد (نامگذاری شده برای پروفسور مانیش چووالا، به ماده ای به نام دی سولفید مولیبدن فلزی (معروف به MoS₂) که مولیون قصد دارد در سال های آینده تجاری سازی کند.

سامی با صحبت از یکی دیگر از مزایای این مواد، به MoS اشاره می کند₂ “به طور طبیعی فراوان” است – می گوید که “در سراسر جهان، در ایالات متحده، در چین، در استرالیا و در سراسر جهان رخ می دهد” – که نشان می دهد باتری هایی که از این ماده استفاده می کنند چالش های زنجیره تامین زیادی ندارند.

MoS₂ به طور طبیعی به عنوان یک نیمه هادی رخ می دهد، بنابراین او توضیح می دهد که بخش مهمی از فرآیند استارتاپ شامل تبدیل آن به فلز برای رسانایی آن است. سپس از MoS رسانا استفاده می کنند₂ به عنوان یک افزودنی به کاتد (یعنی ترمینال باتری مثبت) – یک باتری لیتیوم گوگردی پایدار تولید می کند که می تواند در چرخه های زیادی شارژ شود.

سایر تلاش‌ها برای تجاری‌سازی باتری‌های Li-S معمولاً از کربن به عنوان افزودنی استفاده می‌کنند. در حالی که او استدلال می‌کند که مولیون در مقایسه با تلاش‌های قبلی (یا رقبای فعلی بیشتر) کاری «اساساً» جدید و متفاوت انجام می‌دهد.

این استارت آپ استفاده از MoS را به ثبت رسانده است₂ در باتری های Li-S، به آن قابلیت دفاع در رویکرد نیز می دهد.

کاری که ما واقعاً با این ماده انجام می دهیم این است که به گوگرد اجازه می دهیم کار خود را انجام دهد، با لیتیوم واکنش نشان دهد، آن انرژی را آزاد کند و در الکترولیت حل نشود. بنابراین، این دی سولفید مولیبدن است که ما دریافتیم افزودنی است که مشکل اصلی حل شدن گوگرد در باتری را حل می کند.» او به TechCrunch می گوید.

سامی می افزاید: «آنچه ما نشان دادیم این است که کربن افزودنی خیلی خوبی نیست. این ویژگی‌های خاصی را که برای جلوگیری از حل شدن گوگرد در الکترولیت و ساخت باتری‌های بادوام لازم است را ندارد. . . [W]من واقعاً یک پیشرفت و یک تغییر پله ای در سطح مواد پیدا کرده ام که قبلاً نشان داده نشده است.

انرژی را دو برابر کنید

او می‌گوید در نمونه‌های اولیه یک سلول Li-S که به اندازه باتری موجود در تلفن همراه است، تیم توانست دو برابر انرژی باتری‌های Li-ion را نشان دهد. هنگامی که بنیانگذاران نتایجی را که می‌گرفتند دیدند، بلافاصله تصمیم گرفتند یک شرکت را تاسیس کنند و به قول سامی «به دنبال آن بروند».

Molyon یک دور اولیه 4.6 میلیون دلاری را به رهبری سرمایه‌گذاران فناوری عمیق اروپایی و سرمایه‌گذاران اولیه IQ Capital و Plural برای ایجاد یک مرکز تولید آزمایشی که می‌تواند نمونه اولیه باتری‌های Li-S را برای نمایش در بازار تولید کند و مشتریان بالقوه را شگفت‌زده کند، اعلام می‌کند.

سامی می‌گوید: «این بودجه اولیه به ما اجازه می‌دهد تا تأسیسات آزمایشی خود را در کمبریج شروع و بسازیم. چیزی که ما با این سرمایه روی آن متمرکز شده‌ایم این است که آن ماده را افزایش دهیم، کاتد را افزایش دهیم – که واقعا منبع ما است، سس مخفی ما است، پیشرفت ما در باتری لیتیوم-گوگرد – بنابراین عملیات خود را توسعه دهیم تا بتوانیم انجام دهیم. که در همان زمان.»

او می افزاید: «ما باید باتری های واقعی را به نمایش بگذاریم و این عملکرد را نشان دهیم. ما بر روی مواد و افزایش مقیاس و همچنین نشان دادن باتری های واقعی عملی تمرکز خواهیم کرد.

سامی به پیش‌بینی مدت زمانی که ممکن است طول بکشد تا تیم به مرحله تولید نمونه اولیه تجاری برسد علاقه‌ای ندارد – فقط می‌گوید که تمرکز آنها بر روی عرضه فناوری Li-S خود به بازار «در سریع‌ترین زمان ممکن» است.

Molyon همچنین به طور کامل تصمیم نگرفته است که مدل کسب‌وکارش چه شکلی می‌تواند داشته باشد، اما او می‌گوید که آنها می‌خواهند یک “پلتفرم فناوری” را به بازار ارائه دهند – به این معنی که ممکن است برای صدور مجوز این نوآوری آماده باشند.

یکی از تمرکزهای اولیه برای نمایش برنامه های کاربردی نمونه اولیه باتری های Li-S، پهپادها و روبات ها خواهد بود.

سامی در پاسخ به این سوال که چرا این موارد استفاده را انتخاب کرده‌اند، تاکید می‌کند که سلول‌های Li-S با وزن سبک‌تر واقعاً می‌توانند در موارد استفاده تحرک که وزن بر عملکرد تأثیر می‌گذارد، بدرخشند. آنها همچنین امیدوارند که این فناوری برای افزایش برد خودروهای الکتریکی در آینده نیز مفید باشد.

باتری های لیتیوم-گوگرد [are] انرژی فوق‌العاده بالا به ازای هر وزن، و این باعث می‌شود که آنها برای تعدادی از برنامه‌ها بسیار مفید باشند – هر چیزی که حرکت می‌کند، هر چیزی که پرواز می‌کند.

او می افزاید: «در فضای پهپاد، توانایی پرواز برای مدت طولانی تر، مزیت آشکاری است. بنابراین، ما آن بازار را به عنوان اولین پذیرنده باتری‌های لیتیوم-گوگرد به دلیل بهبود عملکرد عظیمی که می‌توانیم در پهپادها به ارمغان بیاوریم و به آنها اجازه می‌دهیم تا با باتری‌های ما کار بیشتری انجام دهند، به جای باتری‌های فعلی موجود در بازار، است.

با توجه به این نوع موارد استفاده، TechCrunch پیشنهاد می کند که صنعت دفاعی می تواند مشتری آینده فناوری Molyon باشد.

سامی با اکراه پاسخ می دهد: «به طور بالقوه می تواند یک برنامه کاربردی جالب یا مشتری بالقوه باشد. “اما ما واقعاً در اوایل سفر خود هستیم – ما روی کاتد تمرکز کرده‌ایم، روی باتری تمرکز کرده‌ایم و سپس به برنامه‌های کاربردی و مشتریان بالقوه در آینده نگاه می‌کنیم.”

من فکر می‌کنم که این باتری‌ها پتانسیل استفاده در تعدادی از برنامه‌هایی را دارند که برد – جایی که فاصله – مهم است. و ما در حال بررسی این برنامه‌ها و موارد کاربرد مختلف هستیم و تعیین می‌کنیم که این باتری‌های لیتیوم-گوگرد می‌توانند این تفاوت را ایجاد کنند.»

کارینا نامیه، شریک Plural، در مورد بودجه در بیانیه‌های حمایتی، گفت: «این تیم عالی و متمرکز دارای IP، دانش فنی عمیق، نیروی محرکه و تخصص تجاری برای ارائه این فناوری جدید به بازار و ساخت یک شرکت باتری جدید است. که می تواند تامین کنندگان قدیمی را به چالش بکشد.”

مکس بوتین، شریک عمومی در IQ Capital، افزود: «مولیون یک کشف پیشگامانه در علم مواد انجام داده است تا یک تغییر گام در چگالی انرژی باتری ایجاد کند و بازار بزرگی را باز کند. ما از شور و شوق و تجربه تیم Molyon و همچنین سطح بلوغی که در آن قبلاً پتانسیل فناوری خود را نشان داده اند بسیار تحت تأثیر قرار گرفته ایم. ما خوشحالیم که از Molyon در این مرحله هیجان انگیز در سرمایه گذاری خود حمایت می کنیم، زیرا آنها به اولین مرکز آزمایشی خود و فراتر از آن می رسند.”