باوجوداینکه هیچ اطمینانی از آینده وجود ندارد و حتی آینده نزدیک را نمی‌توان پیش‌بینی کرد، اما نوآوری اخیر دانشگاه سانشاین کاست «USC» در کوئینزلند استرالیا می‌تواند ایده‌هایی از آینده را به ما منتقل کند. این دانشگاه با همکاری شرکت انرژی محور Velolia فرانسه، طرح باتری آبی را ارائه کرده است.
دانشگاهی که تبدیل به ژنراتور خورشیدی شد
در این طرح از بیش از ۶ هزار پنل خورشیدی در اطراف دانشگاه سانشاین قرار میگیرد تا ۳ مخزن بزرگ آب که برای تهویه هوای استفاده می‌شود را گرم نگه دارد. این پروژه باعث کاهش ۴۰ درصدی در مصرف برق کل مجموعه دانشگاهی سانشاین کاست می‌شود. شرکت ولولیا هزینه‌ای برای نسب پنل و تانکرها از دانشگاه اخذ نکرده است. اما روند نگهداری و بهره‌برداری از آنها براساس قرارداد ۱۰ ساله‌ای به صورت مشترک انجام خواهد شد. طی این ۱۰ سال توان برق پنل‌ها به شبکه برق‌رسانی منتقل می‌شود و درآمد ولولیا کسب می‌شود، اما پس از گذشت ۱۰ سال مالکیت تمام و کمال زیرساخت‌ها و درآمد آن در اختیار دانشگاه قرار بگیرد. براساس پیش‌بینی‌ها طی ۲۵ سال عمر این سیستم دانشگاه USC چیزی در حدود ۱۰۰ میلیون دلار از منبع صرفه‌جویی خرید برق از شبکه سودآوری خواهد داشت و از سوی دیگر درآمدی هم می‌تواند در زمان‌های افت تقاضای برق داشته باشد. سیستم ۲.۱ مگاواتی فتووالکتریک در بخش‌های مختلف دانشگاه ازجمله سقف‌ها، پارکینگ‌ها و بخش‌های آزاد قرارگرفته و نقش نیروگاه ۷ مگاوات‌ساعتی را بازی میکند. براساس پیش‌بینی‌ها این سیستم بیش از ۹۲ هزار تن گاز دی‌اکسید کربن کمتری تولید میکند، رقمی که طی ۲۵ سال برابر با میانگین آلایندگی ۵۲۵ خانواده طی همین مدت است. سیستم باتری آبی برای تأمین سیستم تهویه هوا توانسته جایزه بین‌الملل طرح ایسلند را کسب کند. دانشگاه USC و شرکت ولولیا علاوه‌بر ایسلند، توانسته‌اند جایزه انرژی محیطزیست محور را به عنوان نوآوری سال ۲۰۲۰ کسب کنند. از مزایای باتری‌های حرارتی نسبت به لیتیوم یون‌ها می‌توان به کاهش مشکل بازیافت ضایعات اشاره کرد. همچنین ظرفیت و چگالی نیرو در باتری‌های حرارتی نسبت به باتری‌های سربی-اسیدی بیش از ۱۲ برابر است و نسبت به باتری‌های لیتیومی هم می‌توانند در حجم یکسان شش برابر نیروی بیشتری ذخیره کنند.
سایر نمونه‌‌های باتری آبی
مورد دیگری که در دانشگاه‌های استرالیا در حال پژوهش و بررسی است را می‌توان در طرح باتری‌های هیبرید دانشگاه مانش مشاهده کرد که کاربردی دوگانه از پنل‌ها ایجاد میکند. براساس همین طرح‌ها شرکت‌های کوچکی در حال تشکیل است که قصد دارند شکل‌های دیگری از استفاده انرژی حرارتی و کاربردهای آن در سیستم‌های تهویه هوا را پیاده‌سازی کنند. از جمله این شرکت‌ها می‌توان به شرکت انرژی یخی US اشاره کرد که برای ساخت «باتری حرارتی خنک‌سازی» سیستم برقی را به منابعی طبیعی متصل میکند که امکان ذخیره این انرژی را در شکلی پاک‌تر فراهم میکند. درنهایت هوای خنک‌سازی شده در متریال‌های خالصی همچون مس به منطقه دیگری منتقل می‌شود. طرح دانشگاه USC و سایر پروژه‌های مشابه نشان دهنده این موضوع است که ما می‌توان در عین تولید نیروی برق تأثیرگذاری در محیطزیست را نیز کاهش داد. بنابراین اگر این امکان را دارید که روی دیگران در محل کار یا زندگی تأثیر بگذارید. بررسی کنید که امکان تهیه هوا خنک اما محیطزیست محور را به‌واسطه ژنراتورهای طبیعی به‌عنوان یک گزینه قابل‌بررسی دارید یا خیر.
آشنایی با پنل‌های سلول برقی
سلول‌های فوتوالکتروشیمیایی یا به‌اختصار PEC این قابلیت را دارند که علاوه‌بر تولید انرژی الکتریکی با استفاده از نور مرئی، کاربردهای دیگر همچون الکترولیز آب یا تأمین آب سیستم‌های تهویه هوا را دارد. برای ساخت این سلول‌ها از مواد دی‌اکسید تیتانیوم «TiO2» به‌عنوان ماده اصلی استفاده می‌شود. در این میان قطعه‌ای به اسم پیل سوختی استفاده می‌شود تا گاز تولیدشده به‌واسطه عبور جریان آب از سلول‌ها را جداسازی و فشرده کرده و امکان تولید برق و بازگشت به حالت آبی را فراهم میکند. درواقع این پنل‌ها با دریافت انرژی خورشیدی علاوه‌بر آب، هیدروژن و اکسیژن را همراه با نیروی برق تولید میکند. در نسخه‌های جدید این سیستم پنل و پیل با هم ترکیب شده و سیستمی را ارائه میکند که طرح اولیه آن در سال ۱۹۷۶ توسط Hodes et al مطرح شده بود. این شخص ترکیب کالکوجنید «متشکل از حداقل یک آنیون کالکوژن و حداقل یک عنصر الکتروپوزیتیو دیگر» را برای ساخت پنلی استفاده کرد که براساس سیستم کاتالیست ریدوکس «قرار گیری الکترولیت در بخش کاتود» ساخته شده بود. تا پیش از این تاریخ هیچ مطالعات دیگری برای این نوع از پنل‌های خورشیدی انجام نشده بود. عمده سیستم‌های ذخیره انرژی به‌وسیله نیروی خورشیدی براساس فعالیت جریان ریدوکس بین کاتالیست «شامل وانادیوم، آنیون عنصرید یا یدید و گوگرد» و آنود انجام می‌شود. در زمان تابش الکترون‌های صفحه به‌وسیله مداری خارجی راهی آند می‌شوند و بنابراین عملکرد جریان ریدوکس به وجود آمده را می‌توان شبیه باتری‌های ذخیره انرژی دانست.
باتری‌های خورشیدی پاک‌تر
اخیراً تحقیقاتی براساس استفاده از بازخورد اکسیداسیون آب به‌جای جریان ریدوکس کاتالیست انجام‌شده است. این نوع از باتری‌های آبی-خورشیدی مزایای سیستم‌های SPEES را به شکل محیطزیست محورتری ارائه می‌کنند. در این طرح کاتولیت به‌عنوان بخش از الکترولیت در نزدیکی کاتد با آبی جایگزین می‌شود که حین تابش اکسیده می‌شود تا جریان الکترون‌ها را برقرار کند. پنل‌ها در این طرح نیز از تیتانیوم دی‌اکسید استفاده میکند. بخش پیل سوختی نیز از دو بخش الکترود ذخیره‌سازی از جنس تنگستن تری‌اکسید و الکترود متقابل از جنس پلاتینیوم تشکیل شده است. بین دو لایه الکترود نیز جریان لیتیومی برقرار است. در مقایسه با سیستم‌های SPEES باتری‌های آبی-خورشیدی نیازمند طراحی سلول‌های جدیدی براساس حضور اکسیژن در الکترولیت هستند. در ابتدا شرایط اتمسفر هوای باز، جایی که بخش‌های پلاتینیومی و تیتانیومی غوطه‌ور هستند. نه تنها برای جلوگیری از انبساط سلول‌ها توسط اکسیژن تولید شده در حین شارژ باتری، بلکه برای افزایش کارایی نیز نیازمند طرحی ویژه هستند. علاوه‌بر تمام این موارد باتری‌های آبی-خورشیدی مزیت منحصربه‌فرد و امیدوارکننده دیگری دارند تحت این عنوان که می‌توان از فضولات به‌عنوان آب این سیستم استفاده کرده و حین مهارسازی الکترون‌ها در هنگام شارژ «به‌عنوان یک سیستم برعکس» شاهد تصفیه آب باشیم.
کاربردهای باتری آبی-خورشیدی
از این سیستم می‌توان به‌عنوان جایگزینی برای سیستم‌های فوتوالکتروشیمیایی شکافت آب باشد. در این سیستم انرژی خورشیدی پس از تبدیل به انرژی الکتریکی در محفظه‌ای جمع‌وجور نگهداری می‌شود. ساختار سلول‌های هر باتری و شرایط کارکرد آن چیزی در حدود یک کلون «یک آمپر در ثانیه» است و بنابراین در هنگام تخلیه چیزی در حدود ۱۰ میلی‌آمپر در ساعت به ازای هر گرم «پس از ۱۶ ساعت شارژ با نور» ارائه میکند. اما مزایای این سیستم باعث شده که جذابیت آن نزد دانشمندان برای افزایش کارایی بالا باشد.
