گزینه‌های پیش‌رو برای آینده باتری‌ها

آینده خودروهای الکتریکی بستگی زیادی به نحوه ذخیره انرژی خواهد داشت. در حالی که به نظر می‌رسد که باتری‌های لیتیومی، حداقل برای چند دهه آینده، به عنوان یک گزینه استاندارد مورد استفاده قرار گیرند، امّا محققان دانشگاهی و شرکت‌های تازه‌تأسیس زیادی در حال حاضر هستند برای کشف، طراحی و تولید گزینه‌های جدید در این رابطه تلاش می‌کنند؛ گزینه‌هایی که می‌توانند عملکردی فراتر از محدودیت‌های شیمی کنونی داشته باشند. در ادامه به سه نمونه‌ از تکنولوژی‌هایی اشاره می‌شود که برای این منظور توسعه داده شده و پتانسیل قابل‌توجهی نشان داده‌اند.

جریان کاهش-اکسایش

توضیح کلی: در اینجا، انرژی در مخزن‌های حاوی دو مایع الکترولیت و بدون استفاده از الکترودهای مثبت و منفی، ذخیره می‌شود. الکترولیت‌ها با پمپاژ درون سلول‌های باتری، الکتریسیته تولید می‌کنند. شارژ دوباره این باتری می‌تواند به صورت آن‌بورد با انجام معکوس فرآیند و یا جایگزینی الکترولیت در یک ایستگاه سوخت‌گیری انجام شود.

موانع پیش‌رو: بسیاری از کارشناسان معتقدند که رسیدن به یک بُرد مسافت قابل‌قبول برای یک باتری «جریانی» نیازمند مخزن‌های بسیار بزرگ خواهد بود که عملاً نمی‌توانند برای یک وسیله نقلیه، کاربردی باشند.

موقعیت کنونی: شرکت «نانو فلوسل» که در لیختن‌اشتاین مستقر است، اعلام کرده که بر روی  یک نمونه اولیه وسیله نقلیه «فلو-سل» کار می‌کند که می‌تواند با ۲ مخزن الکترولیت ۱۶۰ لیتری، به مدت ۱۴ ساعت با سرعت‌های شهری حرکت کند. با این وجود، انتقادهای زیادی از جانب جوامع علمی متوجه این پروژه شده است. یک استارتاپ که توسط پژوهشگران ام‌آی‌تی تأسیس شده و 24M نام دارد، اخیراً به دلیل محدودیت‌های طراحی فضای لازم برای مخازن بزرگ الکترولیت، از باتری‌های  جریان کاهش-اکسایش به چیزی به نام باتری‌های لیتیومی نیمه‌جامد تغییر جهت داده است.

لیتیوم-یون حالت جامد

توضیح کلی: یک الکترولیت سرامیکی جامد جایگزین مایع‌های الکترولیت کنونی در سلول‌های لیتیومی کنونی می‌شود. در نتیجه، یک باتری در اختیار خواهیم داشت که آتش نمی‌گیرد، در طول زمان ظرفیت خود را از دست نمی‌دهد و در یک حجم معیّن، می‌توان میزان ذخیره انرژی را به ۲ برابر افزایش دهد؛ چرا که استفاده از الکترولیت جامد باعث می‌شود که بهر‌ه‌گیری از فلز خالص لیتیوم در الکترود منفی ممکن گردد. همچنین عملکرد باتری‌های حالت جامد همراه با افزایش درجه حرارت، بهبود می‌یابد و در نتیجه، نیاز به سیستم خنک‌کننده باتری کاهش خواهد یافت.

موانع پیش رو: الکترولیت سرامیکی تا ۵ برابر سنگین‌تر از مایع‌های الکترولیت است و در عین حال، به یک سری ورقه‌های نازک و شکننده برای حفاظت از آن در مقابل شرایط جاده مورد نیاز خواهد بود. همچنین در هوای سرد، عملکرد باتری نیز تحت‌تأثیر قرار می‌گیرد.

موقعیت کنونی: شرکت «دایسون» که یک تولید کننده جاروبرقی در بریتانیا به شمار می‌رود و از جانب دولت یک کمک‌هزینه برای ساخت یک خودروی الکتریکی دریافت کرده، در سال ۲۰۱۵ شرکت تازه‌تأسیس ساخت باتری‌های حالت جامد با نام Sakti3 را خریداری کرده است. البته Sakti3 از یک روش تولید به صورت یک لایه نازک استفاده می‌کند که احتمالاً نمی‌تواند در صنعت اتومبیل جایی داشته باشد. محققان گروه «ساکاموتو» نیز در حال حاضر بر روی تولید متریال سرامیکی به صورت پودر کار می‌کنند. [دانلود ویدئو]

فلز-هوا

توضیح کلی: سلول «فلز-هوا» که تا حدودی ترکیبی از یک «باتری» و یک «پیل‌ سوختی» است، از اکسیژن موجود در هوایی که به داخل باتری پمپاژ می‌شود، برای راه‌اندازی یک واکنش شیمیایی استفاده می‌کند که منجر به تولید الکتریسیته می‌گردد. این ساختار بسیار سبک‌تر از  زمانی است که «اُکسنده» به صورت یک متریال جامد در باتری به کار می‌رود. در نتیجه، این نوع باتری می‌تواند تا ۱۰ برابر دانسیته انرژی بیشتری نسبت به باتری‌های لیتیومی در خود داشته باشد. باتری‌های لیتیوم-هوا اخیراً توجه زیادی را در رسانه‌ها به خود جلب کرده‌اند. ضمن اینکه پتانسیل‌های زیادی نیز در سلول‌های روی-هوا وجود دارد؛ چرا که دسترسی به فلز روی بیشتر است و هزینه‌ها را نیز کاهش خواهد داد.

موانع پیش رو: باتری‌های فلز-هوا که قابلیت‌ شارژ مجدد داشته باشند، زمان زیادی نیست که توسعه پیدا کرده‌اند و در حال حاضر، تعداد دفعات شارژ مجدد آنها، قبل از اینکه ظرفیت آنها به میزان قابل‌توجهی کاهش پیدا کند، بسیار محدود است.

موقعیت کنونی: شرکت «فلوئیدیک انرژی» اخیراً در کشورهای در حال توسعه، از باتری‌های روی-هوا به عنوان سیستم پشتیبان خطوط ناپایدار انتقال نیرو استفاده کرده است. تسلا نیز یک اختراع برای وسیله‌ نقلیه‌ای که از یک باتری فلز-هوا به عنوان یک افزاینده مسافت، پس از تمام شدن شارژ باتری لیتومی بهره می‌گیرد، به ثبت رسانده است. در نتیجه، تسلا تعداد شارژ مجدد را برای باتری‌های ثانویه محدود کرده است.

منبع: caranddriver