سوال اینجاست؛ آیا جایگزین لیتیم‌ها انتخاب شده؟
در عصر برقی شدن تمام وسایل، افزایش نیاز به باتری‌های قابل شارژ بدیهی است. از تلفن و لپ‌تاپ گرفته تا دوربین‌های پیشرفته و این باتری‌ها یک ویژگی مشترک بین هم دارند؛ همه آنها از ترکیبات لیتیومی ساخته شده‌اند.
باتری‌های لیتیوم یونی (Li-ion) در سال‌های اخیر جهان را از جهات مختلفی تحت تأثیر قرار داده‌اند. امروزه می‌توان آنها را محبوب‌ترین گزینه ذخیره‌سازی انرژی دانست که بیش از 90 درصد از بازار جهانی ذخیره‌سازها را در اختیار دارند؛ کالاهایی که انرژی را به طور موثر و به مدت طولانی ذخیره می‌کنند.
اما کاربرد گسترده آنها در شرایط فعلی خودروهای برقی شده است.
طی دهه گذشته افزایش حجم تولید در کارخانه‌های سازنده باتری‌های لیتیوم-یون منجر به کاهش 85 درصدی قیمت‌ها به طور میانگین در ابعاد جهانی شده است و برای اولین بار در تاریخ خودروهای الکتریکی از نظر تجاری قابل اعتماد شده‌اند.
وضعیت به نحوی پیش رفته که باتری‌ها راه را به سوی آینده‌ای بدون وابستگی به سوخت‌های فسیلی هموار می‌کنند، موضوعی که اگر بخواهیم تغییرات آب و هوایی را کاهش دهیم، بسیار مهم ارزیابی می‌شود.
این درحالی است که لیتیوم دوستدار محیط‌زیست‌ترین عنصر شیمیایی نیست که بتوانیم از آن برای تولید باتری استفاده کنیم. در آمریکای جنوبی، ذخایر عظیم لیتیوم آب را به صورت صدها گالن در کنار خود می‌بینند. موضوعی که باعث درگیری‌های ویرانگر ارتباط آب آلوده با مردم محلی می‌شود. فقط برای تولید یک تن لیتیوم به 2.2 میلیون لیتر آب نیاز است.
همچنین استخراج لیتیوم به خاک نیز آسیب می‌رساند و می‌تواند باعث ایجاد آلودگی هوا شود.
بسیاری افراد براین باور هستند که باتری‌های لیتیومی را می‌توان بازیافت کرد، که البته این موضوع مطمئناً یکی از مزیت‌های این نوع باتری محسوب می‌شود، زیرا به این معنی است که می‌توان آنها را بارها و بارها استفاده کرد تا اینکه برای تولید هر بسته آن اقدام به فعالیت معدنی کرد.
اما جریان بازیافت لیتیوم هنوز به رویه ثابت جهانی تبدیل نشده و در سال‌های اخیر پیشرفت ناچیزی در بازیافت باتری صورت گرفته است. بنابراین اگر می‌خواهیم به باتری‌های لیتیومی تکیه کنیم، این روند نیز باید بهبود پیدا کند. همانطور که ماریو پاگلیارو طی مطالعات اخیر خود بیان کرده «استفاده مجدد و بازیافت باتری‌های لیتیوم دیگر یک گزینه نیست، بلکه یک نیاز اجتناب ناپذیر برای تولید‌کنندگان باتری و شرکت‌های سلول‌ساز است».
در این میان، بسیاری به دنبال جایگزین لیتیوم هستند. به خصوص به این دلیل که هیچ تضمینی وجود ندارد که بتوانیم مواد خام کافی برای تامین تقاضا پیدا کنیم.
اما گزینه‌هایی هم برای جایگزینی با لیتیوم وجود دارند که در ادامه به آنها می‌پردازیم:
۱- نمک طبیعی به عنوان جایگزین لیتیوم
نمک یا سدیم از لحاظ خواص عناصر شیمیایی نزدیک‌ترین گزینه به لیتیوم است. در حالی که این دو عنصر شباهت زیادی به یکدیگر دارند، تاثیرات زیست محیطی آنها یکسان نیست، به این معنی که می‌توان از آن به عنوان گزینه‌ای عملی برای جایگزین لیتویوم ها یاد کرد.
راه حل نهایی می‌تواند باتری‌های سدیم-یون باشند. فناوری سدیوم-یون به هیچ منبع کمیاب معدنی وابستگی ندارد و برای تولید آن به کانی‌های لیتیوم کمیاب نیازی نیست؛ فقط نمک ساده‌ای که در سفره‌ها از آن استفاده می‌کنیم لازم است.
با این وجود چگالی سدیم سه برابر سنگین‌تر از لیتیوم است، به این معنی که باتری‌های سدیم یونی نیز وزن سنگین‌تری خواهند داشت. البته باتری‌های سدیمی ممکن است قدرت کمتری داشته باشند، چراکه ولتاژ سلولی کمتری ارائه می‌کنند.
۲- نمک دریا به عنوان جایگزین لیتیوم
اگر امکان استفاده از باتری‌هایی از جنس نمک وجود دارد، پس چرا از آب دریا استفاده نکنیم؟ تیمی در مؤسسه فناوری کارلسروهه در آلمان، نمونه اولیه باتری مبتنی بر آب دریا را توسعه داده‌اند.
به گفته استفانو پارینی دانشمند ارشد تحقیقات باتری؛ آنها در حال حاضر درحال جذب سرمایه‌گذارانی از کره جنوبی برای تولید باتری‌هایی مبنی بر آب دریا هستند.
تخمین زده می‌شود که اقیانوس‌های جهان حدود 180 میلیارد تن لیتیوم داشته باشند. اما این حجم کاملا در آب رقیق شده است، بنابراین محققان در حال ابداع فیلترهای متعددی هستند تا سعی کنند به طور انتخابی از آب دریا لیتیوم را استخراج کرده و به بهره‌برداری برسانند.
۳- استفاده از فلز آهن به عنوان جایگزین لیتیوم
آهن را می‌توان به عنوان گزینه مناسب جایگزین لیتیوم مناسب برای لیتیوم پیشنهاد کرد. تصور می‌شود که این عنصر شیمیایی «انرژی پتانسیل ردوکس» بهتری داشته باشد، که اصطلاح علمی برای «پتانسیل عدم کاهش طول عمر» است (به این معنی که سرعت کاهش کارایی این باتری کمتر از لیتیوم برآورد می‌شود).
سپتامبر سال گذشته بود که مقاله‌ای با عنوان «توسعه باتری‌های آهنی می‌تواند ضیافت ناهار لیتیوم را برهمزند» در بلومبرگ منتشر شد.
در این مقاله درمورد شرکت انرژی محوری در اورگان ایالات‌متحده اطلاعاتی ارائه شده که نشان می‌داد حجم فروش باتری‌هایی از جنس فلز آهن «بستگی به خواص شیمیایی جریان-آهن» دارد.
به نظر می‌رسد که این باتری‌ها می‌توانند انرژی تجدیدپذیر را برای مدت زمان طولانی‌تری ذخیره کنند و می‌توانند «به غلبه بر برخی از مشکلات اطمینان پذیری که باعث خاموشی در کالیفرنیا و قیمت‌های بی‌سابقه انرژی در اروپا شده کمک کنند».
تنها محدودیتی که در باتری‌های جریان فلزی وجود دارد این است که ابعاد آنها بسیار بزرگتر از باتری‌های لیتیومی است و بنابراین نمی‌توان برای آنها کاربری‌هایی در ابزارهای برقی کوچک همچون تلفن‌های همراه هوشمند، لپ‌تاپ‌ها و حتی خودروهای برقی متصور شد، اما برای ذخیره‌سازی انرژی در ابعاد شبکه برق رسانی، می‌توانند گزینه‌ای کاربردی به نظر برسند.
۴- استفاده از سیلیکن به جای جایگزین لیتیوم
تعداد زیادی از دانشمندان نظر جوامع را به سمت سیلیکن جلب کرده‌اند و از آنها به عنوان عنصر مهمی برای تحول در باتری‌ها یاد کرده‌اند. اگرچه نمی‌توان از آنها به عنوان کامل‌ترین جایگزین لیتیوم ها یاد کرد، اما امکان افزودن آنها به باتری‌های لیتیومی وجود دارد. به این معنی که می‌توان لیتیومی‌ها را ارزان‌تر و برای استفاده در مدت زمان طولانی‌تری ساخت.
در حال حاضر باتری‌های لیتیومی از قطعات گرافیت به عنوان بخش مهمی در ساختار خود استفاده می‌کند. این قطعات گرافیت شامل لایه‌های متعددی از کربن هستند که لایه‌به‌لایه روی هم گیر کرده‌اند. در باتری‌های لیتیوم-یونی، هر یون لیتیوم می‌تواند از بین فضای خالی لایه‌های کربنی عبور کنند و این موضوع باعث افت جریان باتری می‌شود.
جایگزین کردن گرافیت با سیلیکن می‌تواند به سبک‌تر و ایمن‌تر کردن باتری‌های لیتیومی کمک کند.
پرفسور آپاروئا ام.رائو که از مدیران انستیتو نانومتریال‌های سلمسون در کارولینای جنوبی است می‌گوید: «استفاده از سیلیکن به عنوان آند در باتری‌های لیتیومی می‌توانند دستاورد بزرگی برای محققان در این زمینه باشد».
۵- استفاده از کنف به عنوان جایگزین لیتیوم
فیبر گیاهی و پایدار مورد استفاده در پوشاک، مصالح ساختمانی، غذا و حتی قطعات خودرو می‌تواند به عنصر اصلی تولید باتری‌های خودروهای برقی ارزان‌تر، ایمن‌تر و انواعی باشد که برای محیطزیست ضرر کمتری دارند.
یکی از مجموعه‌هایی که می‌توان از آن به عنوان پیگیر استفاده از الیاف به عنوان باتری یاد کرد، استارتاپی به نام شرکت تحقیقات بمپ «Bemp» که دفتر مرکزی آن مستقر در تگزاس است. بمپ در تلاش است برای توسعه و تجاری سازی کنف B4C اختصاصی‌اش است؛ عبارتی که مخفف «بورن کاربید ساخته شده از کنف» به حساب می‌آید و به نوعی از طرح کلی فناوری باتری لیتیوم گوگرد استفاده می‌کند.
این شرکت مدعی است که کاربردهای تجاری کنف (فایبرگلس) بر چالش‌های باتری لیتیوم یونی از نظر هزینه، وزن، مقیاس‌پذیری، عملکرد و قابلیت بازیافت غلبه خواهد کرد.
گفتنی است که از این الیاف برای بهبود عملکرد باتری‌های سرب-اسید نیز استفاده می‌شد، اما در آن زمان کمتر کسی باور داشت که می‌توان از این الیاف برای ساخت عنصر اصلی باتری و نه صرفا بافت الکترولیت استفاده کرد.
