آیا مصارف باتری آلکالاین را به خاطر دارید؟
یک شرکت نوپا در تلاش است تا روی نوعی باتری تحقیق و توسعه انجام دهد که پایه اصلی ارائه انرژی به وسایل ساده‌ای همچون چراغ قوه و اسباب بازی‌ها بوده است، اما تاکنون به عنوان منبع انرژی برای رایانه‌ها و خودروهای برقی نادیده گرفته شده است.
مدیران شرکت ایونیک متریال «Ionic Materials» که در شهر ووبرن ایالت ماساچوست مستقر شده، قصد دارند اقدام به معرفی طراحی کنند که می‌تواند باتری‌های قلیایی یا آلکالاین حالت جامد را به عنوان جایگزین مناسبی برای لیتیوم یون و سایر فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی مطرح کند.
باتری‌های آلکالاین را می‌توان بسیار ارزان‌تر و ایمن‌تر از باتری‌های لیتیوم یون امروزی ساخت، اما تا پیش از این آنها قابلیت شارژ را در اختیار نداشتند. این مسئله، همراه با قدرت برتر باتری‌های لیتیوم یونی، به این معناست که باتری‌های آلکالاین در رایانه‌های شخصی، گوشی‌های هوشمند یا وسایل نقلیه الکتریکی استفاده نمی‌شوند.
کاهش استعداد آتش‌سوزی در باتری آلکالاین
شرکت ایونیک می‌تواند این معادله را به نحوی تغییر دهد که امکان استفاده از باتری آلکالاینی به وجود بیایید که براساس ادعای این شرکت می‌تواند صدها بار شارژ شود. یکی از مزایای دیگر توسعه این محصول این است که از لحاظ ایمنی باتری آلکالاین به اندازه لیتیومی‌ها مستعد آتش‌سوزی نیستند مشکلی که در طیف وسیعی از محصولات برقی به ویژه برخی از گوشی‌های هوشمند سامسونگ ثبت شده و باعث دلهره مصرف کننده شده است.
توسعه باتری‌های ارزان‌تر و قدرتمندتر محرک های مختلفی برای توسعه دارند که از جمله آنها می‌توان به رقابتی کردن هزینه تولید، توسعه فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر مانند باد و خورشید به جای زغال‌سنگ، گاز و انرژی هسته‌ای که از آنها در شبکه برق رسانی استفاده می‌شود، می‌توان متصور شد.
آیونیک اعلام کرده که نمونه‌های اولیه باتری آلکالاین قابل شارژ آنها آخرین مراحل توسعه را سپری می‌کند و می‌تواند با استفاده از فرآیندهای تولید مستمری استفاده کند که مشابه ساخت پوشش پلاستیکی است. تا به امروز این شرکت به مدیریت ویلیام جوی طرح‌های خود را پیش برده که یک مهندس کامپیوتر پیشگام در دره سیلیکون به حساب می‌آید. طرح آنها تا 400 چرخه شارژ را برای نمونه‌های اولیه انجام داده است. اما مدیران آیونیک باور دارند که می‌توانند این میزان را تا سه برابر افزایش دهند.
مایک زیمرمن، مهندس متالوژی و جزو هیئت موسس و مدیر اجرائی ایونیک است، گفت: «باتری‌های آلکالاینی که توسط آیونیک ساخته شده در ابتدا سنگین‌تر از باتری‌های لیتیوم یونی امروزی بودند. اما باتری‌های جدید آنها با مزیت‌هایی همچون هزینه پایین‌تر و ظرفیت بالاتر به مرور زمان توانست به طرح قابل قبول‌تری تبدیل شود.
مزیت مواد اولیه باتری آلکالاین
از سوی دیگر، باتری‌های آلکالاین از متریال‌هایی همچون روی و منگنز استفاده می‌کننده که فراوانی نسبی بیشتری در دنیا دارند. جویی به عنوان یکی از اعضاء هیئت مدیره آیونیک گفت: «آیونیک می‌تواند به ما در کاهش وابستگی به لیتیوم یون و همچنین کنار گذاشتن کبالت کمک کند».
او همچنین گفت که حالا این طرح به حدی پیشرفت کرده که این شرکت به سمت طراحی باتری آلکالاینی می‌رود که می‌تواند روی را با فلز مقرون به صرفه‌تر آلومینیوم جایگزین کند. در گذشته، آلومینیوم به دلیل مسائلی مانند خوردگی قابل استفاده نبوده است. باتری‌های آلکالاین مبتنی بر آلومینیوم به طور بالقوه وزن کمتری نسبت به باتری‌های لیتیوم یونی دارند و حتی نسبت به طرح‌های آلکالاین امروزی ارزان‌تر هم هستند.
رونمایی از طرح و ایده کمپانی آیونیک در ایالت کلرادو طی کنفرانسی انجام شد که به مناسبت سی و پنجمین سالگرد انستیتو کوهستان راکی برگزار شده بود. یک گروه تحقیقات روی انرژی‌های پایدار که توسط آموری لویننز و هانتر لوینزز (همسر سابق او) به عنوان فیزیکدان، دوستدار محیط زیست تأسیس شده است.
لوینزز گفت: «آنها (آیونیک) مجموعه‌ای بسیار معقول هستند که از معیارهای پایه‌ای شروع به کار کردند. آنها از الکترولیت غیرمعمولی برای طراحی باتری استفاده کردند که از مواد معمولی ارزان استفاده شده و کاملا بی‌خطر است».
اما او یک نکته احتیاطی را اضافه کرد: «باتری‌ها ساختار پیچیده‌ای دارند و من می‌خواهم ببینم آنها از چه ساختاری استفاده کرده‌اند و چه چیزی را می‌توان به عنوان معیار اندازه گیری و اثبات توانایی این باتری مطرح کرد و اینکه چگونه می‌توان این تکنولوژی را با موفقیت به بازار عرضه کرد».
پیشرفت تکنولوژی در فناوری ساخت باتری در مقایسه با پیشرفت‌های ظاهری که در سرعت پردازش و ظرفیت ذخیره‌سازی داده‌ها (که از اجزاء اصلی رشد دره سیلیکون به حساب می‌آید)، بسیار آرام بوده است. در 150 سال گذشته، تنها تعداد انگشت شماری از مواد شیمیایی استفاده شده در باتری قابل شارژ به طور انبوهی تغییر پیدا کرده‌اند.
مسیر پیشرفت باتری‌ها متوقف نشده
تسلا، با مشارکت پاناسونیک، در حال ساخت کارخانه‌ای در نوادا با هدف افزایش ظرفیت تولید باتری های لیتیوم یون و کاهش هزینه های تولید است. مقامات تسلا اعلام کرده‌اند که قصد دارند ظرفیت کافی برای تولید باتری برای 1.5 میلیون خودرو در سال را ایجاد کنند.
علاقه فزاینده‌‌ای که برای دنبال کردن چنین فناوری‌های به اصطلاح سطح بالایی همچون باتری حالت جامد که برای کاربردهایی مختلفی توسط مصرف کننده و حمل‌ونقل قابل بهره‌برداری است، می‌تواند باعث غافل شدن از سایر فناوری‌های ممکن شود.
پاییز گذشته، آژانس حمایت از تحقیقات در فناوری انرژی نسل بعدی از وزارت انرژی ایالات متحده؛ 16 جایزه تحقیقاتی را با هدف تسریع توسعه فناوری باتری جامد درنظر گرفته؛ از جمله این حمایت‌ها می‌توان به قرارداد ۳ میلیون دلاری با آیونیک متریالز یاد کرد. این شرکت اعلام کرده که چندین قرارداد برای اعطای مجوز تولید نسخه‌های تجاری طرح‌شان امضا کرده‌اند، اما شرکای آنها هنوز تصمیمی برای شیوه تولید درنظر نگرفته‌اند.
کنسرسیوم باتری‌های پیشرفته ایالات متحده، به عنوان یک گروه مرتبط با صنعت خودرو، می‌خواهد هزینه تولید لیتیوم یون را تا حد زیادی کاهش دهد. با این حال، تحلیلگران می‌گویند که آنها باور دارند که امکانات و فناوری جدید تولیدکنندگان خودرو و باتری می‌توانند به کاهش هزینه‌ها کمک کند، اما همچنان از اهداف درنظر گرفته شده در صنعت فاصله دارد.
هزینه‌های تولید باتری با آلکالاین کاهش پیدا می‌کند
در مقابل، مدیران آیونیک اعلام کردند که راهی برای دستیابی به کاهش هزینه‌های تولید انرژی پیدا کرده‌اند؛ تا حدی که کمتر از یک پنجم هدف درنظر گرفته شده در کنسرسیوم خودرو باشد.
بلومبرگ نیو انرژی فاینانس به عنوان یک گروه تحقیقاتی انرژی محور، پیش‌بینی کرده تا زمانی که هزینه‌های عملیاتی بهره‌برداری از باتری‌ها مطابق با استفاده از موتورهای درون‌سوز کاهش پیدا نکند، استفاده از خودروهای الکتریکی در بازار انبوه اتفاق نخواهد افتاد. به گفته این گروه انتظار می‌رود این اتفاق در سال 2025 رخ دهد.
طی ماه دسامبر آیونیک متریالز در کنار باتری‌های آلکالاین خود یک ماده جامد را معرفی کرد که می‌تواند ایمنی باتری‌های لیتیوم یون موجود را بهبود ببخشد. این شرکت مقاومت داخلی باتری‌های لیتیوم یونی که از این ماده جامده استفاده کردند را با استفاده از تست‌های عملی در برابر آتش گرفتن، انفجار، کشیدن میخ روی آنها و حتی شلیک گلوله به نمایش گذاشته‌اند.
