باتری را می‌توان عامل معضل هرروزه ما با تلفن‌های همراهمان برای شارژ کردن آنها دانست، اما بدون کمک آنها قابلیت کارکرد بسیاری از وسایل‌برقی امکان پذیر نبود و هیچ امیدی به حذف سوخت‌های فسیلی برای حرکت خودروها وجود نداشت. اما برخی از فناوری‌ها می‌توانند قابلیت‌های این قطعه را بهبود ببخشد. بسیاری از انرژی های تجدیدپذیر صرفا زمانی کارایی لازم را دارند که منبعی برای ذخیره برق تولید شده و استفاده از آن در سایر ساعات مهیا شود. در این میان باتری‌های لیتیومی بهترین گزینه هستند، اما به خاطر قیمت بالا، خطرات استفاده، شارژ بسیار کند، هزینه زیاد معادن برای استخراج مواد مورد نیز ساخت و در نهایت سخت بودن بازیافت از معایب این نوع باتری هستند. براساس تخمین کارشناسان برای ساخت هر کیلووات‌ساعت از این نوع باتری‌ها نیاز به ۱۵۶ دلار هست و این را هم درنظر داشته باشید که وقتی خودرویی با ۱۰۰ کیلووات‌ساعت باتری همراه می‌شود، به غیر از هزینه مالی چه مدت زمانی لازم است تا شارژ باتری‌های این خودرو تکمیل شود. براساس تحقیقات موسسه Wood Mackenzie تولید جهانی باتری‌های لیتیوم-یون در جهان تا نوامبر ۲۰۱۹ به میزان ۲۸۵ گیگاوات-ساعت هر ساله تولید می‌شود. شرکت‌هایی همچون تسلا سعی در استفاده مجدد از موادی همچون کبالت را دارند که باعث کاهش قیمت و افزایش حجم تولید می‌شود. اما درمورد برخی تکنولوژی‌های پایه‌ای که شاید تاثیر بیشتری در زندگی ما داشته باشند؛ کمتر صحبت شده است.
۶- جریان ریدوکس
یک منبع بزرگ آبی را تصور کنید که حجم زیادی از انرژی را در خود ذخیره کند. همین تصور شما ایده اصلی در مورد باتری‌های جریان ریدوکس به حساب می‌آید که می‌تواند به عنوان رویکردی برای جایگزینی باتری‌های غول‌پیکر و ارزان قیمت به کار گرفته شود. در باتری لیتیومی معمولی، ماده فعال که وظیفه ذخیره انرژی را دارد حالتی نیمه جامد دارد. باتری از محلول الکترولیت مایع پرشده که باعث می‌شود الکترون‌ها جریان داشته باشند و از درون باتری خارج شوند. در جریان ردوکس ماده جامد را با مایعی جایگزین می‌کنند و همچنین الکترولیت هم جدا نگهداری می‌شود تا در دو مخزن جداگانه قرار بگیرند. جیمز مکرون استادیار دانشکده مهندسی دانشگاه پیتسبورگ ایالت پنسیلوانیا بهترین مثال برای درک ردوکس را متصور شدن موضوعی مشابه در مورد مواد غذایی می‌داند. باتری لیتیوم یون همچون یک غذای آماده‌ای است که برای مصرف انرژی داخل آن نیاز نیست وقت و انرژی زیادی را صرف کنید. باتری‌های جریان ردوکس چیزی شبیه به سیلو غلات غول‌پیکر هستند. این سیلوها روشی ارزان برای صرفه‌جویی در ذخیره مقدار زیادی از مواد غذایی به حساب می‌آیند، اما برای مصرف کردن آن نیاز به پردازش کردن دانه‌های مغذی به محصولات غذایی وجود دارد.
۵- مقایس‌دهی شبکه‌ای به لیتیوم-یون
تولید باتری با ابعاد بزرگتر لزوما به معنی رد شدن از کنار تمام مزایای باتری‌های لیتیوم یونی نیست. شرکت کور پاور (Kore Power) که در ایالت آیداهو مستقر است. این مجموعه به عنوان یکی از شرکت‌های شناخته می‌شود که با استفاده از روش‌های شیمیایی ثبت شده، روی شبکه‌سازی سلول‌های لیتیوم یونی تمرکز دارد. سیستم قفسه‌ای (Rack system) آنها تا بازه اختلاف پتانسیل ۱۵۰۰ ولت را نیز ایجاد می‌کند که این جریان شدید باعث کاهش اتلاف انرژی می‌شود. این شرکت همچنین مدعی است که آنها بیشتر از اینکه درباره وزن باتری صرفه‌جویی کنند، در فضای اشغال شده صرفه‌جویی کرده‌‌اند.
۴-باتری‌های پایه آبی
از لحاظ تئوری باتری‌های پایه آبی فناوری جدیدی به حساب نمی‌آیند. باتری‌های سربی اسیدی از آب مقطر مخلوط شده با اسید سولفوریک به عنوان الکترولیت مایع استفاده می‌کنند. سلول‌هایی که درون آب قرار گرفته‌اند می‌تواند ایده مقرون به‌صرفه و مناسب‌تر برای حفظ محیطزیست باشد و البته از نگاه علمی می‌تواند پیشرفت بزرگی به حساب بیایید. برخلاف سرب استفاده شده در باتری‌های سربی-اسیدی که برای محیطزیست مضراتی دارند، تحقیقات اخیر دانشگاه استنفورد در سال ۲۰۱۸ به توسعه باتری منگنز-هیدروژنی رسیده که می‌تواند تا ۱۰ هزار چرخه شارژ را ارائه کند. همچنین سلول‌های این باتری می‌تواند انرژی کافی برای روشن نگه داشتن لامپ ۱۰۰ وات به مدت ۱۲ ساعت را فقط با هزینه یک سنت، در اختیار قرار دهد.
۳- باتری‌های زیست‌تخریب‌پذیر
برای بازگشت کامل باتری به محیطزیست، حداقل به ۱۰۰ سال زمان لازم است و تحقیقات دانشگاه تگزاس مشخص کرده که فقط در حدود ۵ درصد از باتری‌های لیتیوم-یونی بازیافت می‌شوند. اما در اوت ۲۰۱۹ همین دانشگاه اعلام کرد که می‌توان برای تولید باتری به جای ترکیبات فلزی از پلی‌پپتیدها (polypeptides) استفاده کرد. این تیم امیدوار است چنین فناوری‌هایی بتواند برای سنسورهای پوشیدنی و سایر کاربردهای محدود به فضای کوچک، استفاده شود. البته تحقیقات در این زمینه هنوز کاملا محدود است.
۲- باتری حالت جامد
در این نوع باتری الکترولیت باتری‌های لیتیوم-یونی با مواد جامد جایگزین می‌شود. این بدین معناست که هیدروکربن‌های قابل اشتعال از داخل باتری حذف می‌شود. به همین دلیل این نوع باتری بهترین انتخاب برای خودروهای برقی آینده به حساب می‌آیند. باوجود ذخیره انرژی بیشتر، اما هزینه تولید آنها بسیار بالاست. همچنین برای جریان دادن الکترولیت جامد درون باتری، نیاز به انرژی بیشتری هست و بنابراین مدت زمان شارژ هم افزایش پیدا خواهد کرد. این درحالی است که صنعت خودرو در حال مدیریت کردن شارژ باتری‌های لیتیوم-یونی برای مدت زمان‌های کمتر از ۳۰ دقیقه است.
۱- منابع ذخیره انرژی آلومینیومی
ذخیره‌سازی انرژی به روش شبکه‌ای می‌تواند مبتنی بر روش‌های القای گرمایی انجام شود. آزلیو (Azelio) یک شرکت سوئدی است که توانسته باتری حرارتی با استفاده از آلومینیوم بازیافت شده تولید کند که دمای آن تا ۶۰۰ درجه‌سانتی‌گراد بالا می‌رود. این روش می‌توان تبدیل به تولیدکننده‌ای لحظه‌ای انرژی تبدیل شود که هیچ آلایندگی ندارد. برای ساخت آن هم نیاز به مواد کمیابی همچون کبالت و لیتیوم نیست و البته شرکت سازنده ادعا می‌کند که مرور زمان در تخریب این روش تاثیری ندارد. این ایده شباهت زیادی به استفاده کردن از انرژی خورشید به روش متمرکز کردن با آینده دارد. اما با این تفاوت که اشعه روی مخزنی متمرکز می‌شود که مواد داخلی همچون نمک مذاب را گرم می‌کنند. این انرژی ذخیره شده و سپس برای تولید بخار و به حرکت درآوردن توربین تولید برق استفاده می‌شود. اما آزیلو به این نتیجه رسیده که فناوری آنها با استفاده از سلول‌های فتوالکتریک خورشیدی مرسوم، به ویژه در مقایس‌های کوچک، مقرون به صرفه‌تر خواهد بود. البته این روش در مراحل ابتدایی قرار دارد و آزلیو برای تایید آن در سه مکان مختلف در مراکش، سوئد و ابوظبی پروژه‌هایی ایجاد کرده است. هدف آنها این است که صنعتی‌سازی این روش را از تابستان ۲۰۲۲ با تولید ۲۰ مگاوات در سال آغاز کنند.
به نظر شما کدام یک از این فناوری‌ها بیشتر کارخانه‌های تولید باتری را تحت تاثیرقرار خواهد داد؟
