باتری آلومینیومی، انقلابی در صنعت باتری‌سازی

به گزارش خبرگزاری آنا به نقل از گاردین، باتری آلومینیومی اولین باتری فلزی است، این نوع فلز معمولا در بدنه هواپیما و خودرو به‌کار می‌رود. این باتری دارای قابلیت شارژ سریع و عمر طولانی است. ضعف باتری‌­های آلومینیومی قبلی عمر کوتاه باتری بود که تقریبا پس از 100 با شارژ و دشارژ شدن خراب می‌­شد.

باتری­‌های آلومیینیومی جدید دانشگاه استنفورد می­‌توانند حدود 7500 بار شارژ شود. این در حالی است که باتری‌های لیتیومی که اکنون در گوشی‌­های هوشمند، کامپیوترهای شخصی و ماشین­‌های برقی استفاده می‌­شود تنها قابلیت هزار بار شارژ کردن را دارند.

باتری­ آلومینیومی جدید تنها نصف باتری­ لیتیومی ولتاژ تولید می­‌کند. بنابراین این باتری‌­ها فاصله زیادی با عرضه عمومی دارند. این باتری انعطاف‌پذیر است. می‌توان آن را خم یا حتی تا کرد؛ بنابراین می‌توان از این باتری در گوشی‌های انعطاف‌پذیر یا بند ساعت‌های هوشمند استفاده کرد.

مینگ‌گونگ یکی از سرپرستان این پژوهش می­‌گوید: «بهبود مواد کاتدی در نهایت به افزایش ولتاژ و تراکم انرژی می‌انجامد. این باتری دارای تمام ایده‌آل‌­های یک باتری خوب شامل الکترود ارزان، امنیت، سرعت بالای شارژ، انعطاف و دوام طولانی است».

تکنولوژی باتری آلومینیومی تنها یک راه برای حل بحران عمر کوتاه باتری­‌های فعلی نیست بلکه موضوع اصلی عقب نگه داشتن دستگاه‌­های الکترونیکی کنونی است.

باتری­‌های مبتنی بر نانولوله

با توجه به تغییرات جزئی که می‌­توان در باتری­‌‌های شیمیایی لیتیومی انجام داد، فناوری این باتری­‌ها جایی کافی برای پیشرفت ندارد اما تنها با یک تغییر در الکترودهای این باتری که با فناوری نانو ساخته شده‌­اند، می‌­توان جانی دوباره به باتری لیتیومی بخشید. محققان با استفاده از نانولوله، الکترودهایی ساختند که به طور چشمگیری میزان سرعت شارژ کردن باتری را تا میزان 70 درصد در 2 دقیقه افزایش می‌­دهد.

برخی از دانشمندان در باتری­‌های جدید به جای گرافیت از سیلیکون استفاده کرده­‌اند. تیم تحقیقاتی دانشگاه سنگاپور با استفاده از دی اکسید تیتانیوم نانولوله‌­ای اختراع کردند که که تا 2 سال آینده روانه بازار خواهد شد.

نقاط قوت: شارژ سریع و بازدهی بیشتر شارژ

نقاط ضعف: تراکم انرژی مشابه با باتری­‌های فعلی به معنای دوام مشابه با آنها نیز است.

باتری‌­های مبتنی بر سولفور

پژوهشگران تحقیقاتی را در جهت دوام بیشتر باتری‌­های شیمیایی با مواد مختلف شیمیایی در سایز باتری‌­های قبلی انجام دادند که یکی نامزدهای اصلی باتری مبتنی بر سولفور (گوگرد) است.

باتری لیتیوم-سولفوردر هر گرم 5 برابر بیشتر از باتری‌­های فعلی لیتیومی انرژی ذخیره می­‌کند. وقتی که این باتری در دسترس عموم قرار بگیرد، دو برابر بیشتر از باتری‌­های کنونی تراکم انرژی خواهد داشت اما تغییری در دوام شارژ برای وسیله­‌های الکترونیکی نخواهد داشت.

در 20 سال اخیر تکنولوژی به صورت پیوسته در حال پیشرفت بوده است و در نهایت یکی از کارخانه‌­های تولیدکننده اتوموبیل تا سال 2016 خودروهای با باتری لیتیوم-سولفور روانه بازار خواهد کرد اما این باتری‌­ها مخصوص اتوموبیل طراحی شده­‌اند و ما سال‌ها با ارائه باتری لیتیوم-سولفور برای گوشی هوشمند فاصله داریم.

نقاط مثبت: حداقل عمر باتری را دو برابر می­‌کند

نقاط ضعف: بازدهی کم شارژ، شیمی ناپایدار و تعداد شارژ کردن مشابه با باتری­‌های فعلی

باتری­‌های فلزی-هوایی

در این نوع باتری‌­ها اکسیژن موجود در هوا را جایگزین کاتود، که در باتری‌­های لیتیومی به طور معمول گرافیت است، می‌‌شود. با این کار وزن باتری سبک­‌تر شده و کاتد باتری به صورت رایگان با هوا تامین می‌­شود.

وزن سبک باتری به معنی تراکم انرژی بیشتر است که دانشمندان ادعا می­‌کنند مشابه با بنزین است، باتری فلزی-هوایی طول عمر بیشتری دارند که برای خودروهای برقی مناسب خواهد بود.

کمپانی تسلا برای تکمیل کردن باتری­‌های فلزی-هوایی و استفاده از این نوع باتری برای ماشین­‌های تولیدی خود دارای حق انحصاری است. در یک تست خودروی سیترون کلاس C1 این کمپانی مجهز به تکنولوژی باتری فلزی-هوایی با یک بار شارژ 1800 کیلیومتر بر ساعت سرعت داشت.

اما مشکلاتی نیز وجود دارد از جمله شارژ کردن و بازدهی پایین شارژ مجدد این باتری­‌ها که مانع از استفاده گسترده از این تکنولوژی شده است.

نقاط قوت: تراکم انرژی بسیار بالا که به معنی عمر بالای باتری است.

نقاط ضعف: بازدهی پایین شارژ مجدد و سخت بودن شارژ کردن دوباره این باتری

باتری‌­های جامد

در باتری‌­های جامد، الکترولیت مایع حذف شده است و انتقال یون بین الکترولیت و ژنراتور الکتریکی انجام می‌­گیرد که باعث تراکم انرژی بیشتر در باتری می‌­شود.

سازندگان باتری Sakti3 که اخیرا روانه بازار شده، ادعا دارند که این باتری تا دو برابر بیشتر انرژی ذخیره می‌‌­کند اما عمر باتری مانند باتری­ های لیتیومی فعلی است.

نقاط قوت: دو برابر ذخیره انرژی بیشتر، بی‌خطر، قابل تولید در اندازه و اشکال مختلف، خطر کم­تر برای محیط زیست

ابرخازن‌­ها

خازن در انواع مختلف تکنولوژی استفاده می‌­شود اما بیشتر در دستگاه‌ ­هایی استفاده می ­شود که به مقدار زیاد برق در فضایی کوچک نیاز دارند مانند فلش یا بلندگوی خودرو. چند ثانیه طول می‌­کشد تا این خازن‌‌­ها شارژ شوند و بعد به آرامی انرژی ذخیره شده مصرف می‌‌­شود.

یک ابرخازن شبیه یک خازن معمولی کار می­‌‌کند، چند ثانیه طول می­‌کشد تا شارژ شوند و بعد به آرامی انرژی ذخیره شده را آزاد می­‌کنند درست مثل یک باتری. پژوهش­های اخیر با استفاده از گرافین ابرخازن­‌‌هایی ساختند که تنها در 16 ثانیه شارژ می‌‌­شوند. همچنین این ابرخازن بیش از 10 هزار بار شارژ می­‌‌شود. اما بهترین ابرخازن‌­ها نیز به همان اندازه­‌ای که تراکم انرژی دارند که باتری­‌های لیتیومی فعلی دارند.

نقاط قوت: شارژ فوری، بازدهی بالای شارژ و دارای پتانسیل کافی که به عنوان دومین منبع تامین برق در ماشین‌های برقی مورد استفاده قرار بگیرد.

نقاط ضعف: تراکم انرژی کم و در نتیجه عمر باتری کوتاه

فناوری­‌های جدید باتری در راه است و انتظار می­‌رود تا قبل از پایان این دهه در وسایل الکترونیکی مورد استفاده قرار گیرد و هنوز چند سالی قبل از پیدا شدن پیل مناسب برای گوشی­‌های هوشمند فاصله داریم.

مترجم: هانا حیدری