تکنولوژی های باتری که دنیا را تغییر خواهند داد

می خواهید تنها با هزینه یک دلار، ۸۰۰ کیلومتر رانندگی کنید؟ می خواهید تلفن هوشمندتان با رندر های سنگین گرافیکی، تنها یک شارژ در هفته نیاز داشته باشد؟ می خواهید از گجت های پوشیدنی مختلف، مانند گوگل گلس یا ساعت های هوشمند، هفته ها و حتی ماه ها و بدون نگرانی از تمام شدن شارژشان استفاده کنید؟

تمام این امور، نیازمند تکنولوژی های پیشرفته مربوط به باتری هاست. تکنولوژی باتری ها دارای سرعت پیشرفت کمتری نسبت به دیگر تکنولوژی ها بوده است. دلایل خوبی وجود بر محدودیت های اساسی استفاده از باتری های لیتیوم-یونی وجود دارد، اما گزینه های جایگزین خوبی نیز برای این نوع باتری ها وجود دارد.

باتری های بهتر منجر به ساخت ماشین برقی بهتر، استفاده آسوده تر از تلفن های هوشمند، و نسل جدید سبک وزن و بهتری از گجت های پوشیدنی می شوند.

در ادامه مطلب با دیجیاتو همراه باشید تا نگاهی به بهترین تکنولوژی های باتری نوین داشته باشیم.

باتری های دوال-کربن

[videojs mp4="http://cdn.digiato.com/Power Japan Plus - Balancing the Energy Storage Equation.mp4"]

به غیر از عدم وجود انرژی کافی، استفاده از باتری های لیتیوم-یونی محدودیت های دیگری نیز به دنبال دارد؛ از جمله مدت زمان طولانی شارژ شدن، نواسانات و عمر کوتاه. 

باتری های مذکور زمان زیادی برای شارژ شدن نیاز دارند. حتی با آخرین و نوین ترین تکنولوژی ها معمولا چندین ساعت زمان برای شارژشان لازم است. به علاوه در حین انجام عملیات بسیار داغ می شوند که اگر اتلاف گرما کنترل نشود، ممکن است باعث اشتعال یا حتی انفجار شود. 

بدتر از همه این موارد، پر و خالی شدن این باتری هاست که پروسه ای مخرب است: پس از حدود ۲۵۰ بار پر و خالی شدن، باتری مذکور حدود ۲۰ درصد از کارایی خود را از دست می دهد. این مورد برای بازارهایی مانند تلفن های هوشمند، که صاحبان آن ها دستگاه خود را هر یک سال یا دو سال عوض می کنند، مشکل خاصی به وجود نمی آورد اما در بازارهایی مانند بازار ماشین های برقی، که صاحبان آن ها می خواهند بدون عوض کردن باتری یا قطعات دیگر سال از آن ها استفاده کنند، مشکلاتی به وجود می آورد.

هم اکنون، شرکت ژاپنی به نام Power Japan Plus، راه حلی برای این مشکلات در قالب باتری های دوال-کربن پیدا کرده است. این نوع باتری، کربن ساده را جایگزین آند و کاتد -قطب های منفی و مثبت،‌ معمولا از جنس فلزاتی مانند لیتیوم اکسید- باتری می کند که معمولا بی اثر است. نتیجه این کار باتری ای است که انرژی خیلی بیشتری را نسبت به باتری های قبلی ذخیره نمی کند، اما بسیاری از محدودیت های آنها را برطرف می کند. این نمونه ها می توانند تا حدود ۳۰۰۰ بار شارژ و خالی شوند.

باتری های دوال-کربن ۲۰ برابر زودتر نسبت به باتری های لیتیوم-یونی شارژ می شوند، گرما تولید نمی کنند و احتمال اشتعال آنها بسیار کم است و همچنین عمر طولانی تری دارند.

با توجه به در دسترس و بی خطر بودن کربن، باتری های مذکور ارزان، غیر سمی و قابل بازیافت نیز هستند. 

کریس کرینی، مدیر ارشد بازاریابی این شرکت، به نشریه Atlantic گفته که فکر می کند این باتری ها بتوانند تحولی بزرگ در ماشین های برقی ایجاد کنند. اگر شرکتی وجود دارد که می خواهد در حد تسلا پیشرفت کند، می تواند با ما صحبت کند. ما راه حل خوبی برای مشکلات صنعت فعلی ساخت خودرو های برقی هستیم.

شرکت مذکور، تولید باتری های اولیه، برای استفاده در تجهیزات پزشکی را امسال آغاز می کند. 

باتری های لیتیوم-ایر

[videojs mp4="http://cdn.digiato.com/IBM Battery 500- A look inside a lithium-air battery.mp4"]

یک روش دیگر برای افزایش تراکم باتری ها، اصلاح شیمیایی آن هاست. در این صورت، منبع تولید قدرت اکسیژن را از جَو دریافت می کند و به تولید آن در حین شارژ شدن می پردازد؛ درست مانند باتری های لیتیوم-ایر.

از بزرگ ترین شرکت های توسعه دهنده این تکنولوژی، می توان به IBM اشاره کرد. 

با استفاده از اکسیژن جَو به جای ذخیره اکسیژن در داخل باتری، می توان تراکم ذخیره سازی را به طور چشمگیری -حدود ۴۰ برابر بیشتر نسبت به باتری های لیتیومی- افزایش داد و با این تکنولوژی، می توان قدرت ماشین های برقی را با یک بار شارژ به طی هزاران کیلومتر مسافت هم نزدیک کرد. نسخه اولیه ی موجود از باتری های مذکور، باتری های لیتیوم-یونی را کاملا شکست می دهند و تراکم آن ها بسیار نزدیک به چیزی است که می توان به وسیله باتری های شیمیایی به دست آورد. 

دسترسی به این تکنولوژی ممکن است کمی طول بکشد؛ به گفته IBM، این زمان ممکن است حدود ۵ الی ۱۵ سال طول بکشد. اما می توان گفت این نوع باتری، بهترین باتری شیمیایی ممکن خواهد بود و بهترین تراکم  را در وزنی مشخص ارائه خواهد داد. باتری های قابل شارژ لیتیوم-ایر می توانند در تراکم ذخیره سازی انرژی با بنزین رقابت کنند. صفحه مربوط به این پروژه تحقیقاتی در وبسایت IBM آن را اینگونه توصیف می کند: 

خودرو های برقی امروزی با استفاده از باتری های لیتیوم-یونی می توانند تنها حدود ۱.۵ مسافت را طی کنند. با توجه به این مشکل، IBM کار بر روی پروژه ی Battery 500 را در سال ۲۰۰۹ برای توسعه نسل جدیدی باتری ها با نام لیتیوم-ایر آغاز کرد که انتظار می رود میزان انرژی قابل ذخیره و تولید باتری ها را به طور قابل توجهی افزایش دهد. هم اکنون، محققان IBM توانسته اند پروسه خالی و شارژ کردن شیمیایی این باتری ها را به خوبی پشت سر بگذارند. 

خازن های قوی گرافنی

یک روش شگفت انگیز دیگر برای بهبود عملکرد باتری ها، حذف کردن بخش «باتری» به صورت کامل است! یکی از جایگزین های باتری، خازن است: صفحات شارژ شده، جدا شده به وسیله مقاومت. الکتریسیته می تواند به عنوان یک میدان الکترواستاتیک در خازن ذخیره و سپس خالی شود. 

خازن های متعارف، محدودیت هایی عظیم در زمینه میزان شارژ قابل ذخیره و سرعت خالی کردن آن دارند. اما با استفاده از موادی مانند گرافن، که دارای تراز فوق العاده بالایی برای جرم و حجمش است، امکان ساخت خازن هایی با ظرفیت خازنی و تراکم انرژی فوق العاده بالا نسبت به نسخه های متعارف وجود دارد. 

پس از پر و خالی شدن این خازن های فوق قوی، از عمر آن ها کاسته نمی شود و قادر خواهند بود در مدت چند ثانیه شارژ شوند. نسخه های آزمایشی موجود نشان می دهند نشان از تغییر نکردن توان پس از حدود ۱۰۰۰۰ بار پر و خالی شدن و تراکم انرژی یی قابل مقایسه با باتری های مرسوم لیتیوم-یونی دارند. علم مطالعه مواد در آینده، می تواند این اعداد را بالاتر نیز ببرد.

برخی منابع خبر از توسعه خازن های قوی توسط تسلا داده اند که می توانند در مدت چند ثانیه شارژ شده و خودرو هایش قابلیت طی حدود ۸۰۰ کیلومتر با تنها یک بار شارژ را خواهند داشت. ایلان ماسک، قبلا به این ایده اشاره کرده بود:

اگر بخواهم چیزی را پیش بینی کنم، فکر می کنم در آینده به جای باتری ها خازن های قوی مورد استفاده قرار خواهند گرفت. با گذشتن از باتری های لیتیوم-یونی، تکنولوژی یی که مدت ها به استفاده از آن مشغول بودیم، تمام این تکنولوژی ها نقش خود را ایفا خواهند کرد. این تغییر و تحول ها ممکن است باب میل ما، خیلی سریع نباشند اما باعث به وجود آمدن اپلیکیشن ها و تکنولوژی های جدیدی خواهند شد که دنیا را تغییر می دهند.

شما درباره آینده صنعت ذخیره سازی انرژی چه فکر می کنید؟ باتری ها مورد استفاده قرار خواهند گرفت، یا خازن ها یا …؟