باتری های ساخته شده از سنگ را نمی خواهید؟ آیا در انتظار یک انقلاب جدید در زمینه باتری های قابل شارژ هستیم؟ درباره همه اینها امروز.
در سرتاسر جهان مدت هاست که مسابقه ای برای دستیابی به حداکثر بهره وری ممکن از انرژی به اصطلاح سبز وجود دارد. منابع انرژی تجدیدپذیر که گازهای گلخانه ای را در جو منتشر نمی کنند، آینده تمدن ما هستند که هیچکس در آن شک ندارد. این دیگر فقط یک رویا نیست، بلکه نیاز روز است. دانشمندان بیشتر و بیشتر زنگ خطر را به صدا در می آورند و از ما می خواهند در مصرف برق صرفه جویی کنیم و سعی کنیم تا حد امکان از وسایل الکتریکی استفاده کنیم.
همچنین جالب: مرور Motorola لبه 40: همان "بالا برای پول"
اکثر دستگاه ها با باتری یا باتری هااز پخش‌کننده‌های قدیمی واکمن گرفته تا جدیدترین گوشی‌های هوشمند یا خودروهای الکتریکی، مبتنی بر فناوری‌های لیتیوم یون (Li-ion). سال‌هاست که در اکثر وسایل برقی و دستگاه‌های تکنولوژیکی استفاده می‌شوند، اگرچه از نظر انرژی کارآمد و بادوام نیستند. علاوه بر این، دفع آنها در طول زمان به یک مشکل واقعی برای وضعیت اکولوژیکی محیط زیست ما تبدیل می شود.
باتری های لیتیوم یون تقریباً در همه جا قرار می گیرند، زیرا ارزان هستند و عملکرد بالایی دارند. از آنجایی که قیمت این باتری ها در دهه گذشته به میزان قابل توجهی کاهش یافته است، آنها به دلیل فراوانی زیادشان، به مناسب ترین جایگزین برای استفاده طولانی مدت تبدیل شده اند. امروزه، این باتری‌ها نه از طریق پیشرفت‌های تکنولوژیکی، بلکه از طریق بهینه‌سازی مهندسی ساده و مداوم روش‌های ساخت، ابزار و کارایی، به هزینه کم و افزایش چگالی انرژی دست یافته‌اند.
با این حال، با توسعه روش ها و فناوری های جدید تولید برق، تقاضا برای روش های کارآمد ذخیره سازی آن رو به افزایش است. در مقیاس کوچک، هیچ مشکلی در این مورد وجود ندارد - راه حل انواع مختلف باتری ها و باتری ها است که به اندازه خود الکتریسیته یک عنصر واقعی از واقعیت هستند.
آنها برای برق رسانی به تلفن ها، انواع مختلف روشنایی استفاده می شوند، زمانی برای استفاده از چراغ قوه یا پخش کننده های موسیقی مورد نیاز بودند، اگرچه همه اینها اکنون در تلفن های هوشمند ما وجود دارد. اما چگونه انرژی مورد نیاز برای تامین انرژی یک خانه را ذخیره می کنید؟ به نظر می رسد که باتری ها در این مورد نیز می توانند مفید باشند. البته، ما در مورد باتری هایی از نوع "انگشتان" محبوب موجود در فروشگاه ها صحبت نمی کنیم، بلکه در مورد دستگاه های کاملاً جدیدی صحبت می کنیم که خود دستاوردهای مهندسی هیجان انگیزی هستند.
مدت‌هاست که تحقیقات برای تولید باتری‌های جدیدی که می‌توانند از نظر عملکرد، هزینه و دوام با باتری‌های لیتیوم یونی رقابت کنند، در حال انجام است.
بسیاری از این فناوری های جدید کاملاً جدید نیستند. در اصل، آنها مشابه باتری های لیتیوم یونی کار می کنند، اما از مواد مختلف استفاده می کنند. در اینجا برخی از جالب ترین نمونه های فناوری که به زودی می توانند در زمینه ذخیره سازی انرژی متحول شوند، آورده شده است.
همچنین بخوانید: 7 جالب ترین استفاده از ChatGPT
این نوع باتری برخلاف سایرین از الکترولیت مایع یا ژل استفاده نمی کند، بلکه از فرم های جامد استفاده می کند. چنین الکترولیت هایی معمولاً به شکل سرامیک، شیشه، پلیمر یا سولفیت هستند. باتری‌های حالت جامد کارآمدتر هستند زیرا انرژی بیشتری را برای ابعاد مشابه باتری‌های لیتیوم یونی خود تأمین می‌کنند. آنها پتانسیل بالایی دارند، به ویژه در زمینه تامین انرژی خودروهای الکتریکی.
یک باتری حالت جامد این پتانسیل را دارد که بسیاری از مشکلات ذکر شده در بالا را با باتری های لیتیوم یون امروزی حل کند. یک باتری حالت جامد شیشه ای با استفاده از آند فلز قلیایی (لیتیوم، سدیم یا پتاسیم) می تواند سه برابر چگالی انرژی داشته باشد که چگالی انرژی کاتد را افزایش می دهد و عمر طولانی را فراهم می کند. یک الکترولیت جامد غیر قابل اشتعال و یا حداقل در برابر خود اشتعالی مقاوم در نظر گرفته می شود. ماهیت غیر قابل اشتعال باتری های حالت جامد همچنین خطر گرم شدن بیش از حد را کاهش می دهد و به سلول ها اجازه می دهد محکم تر بسته بندی شوند و در نتیجه انعطاف پذیری طراحی و چگالی ظاهری افزایش می یابد.
امیدهای زیاد برای این باتری ها به این واقعیت مربوط می شود که می توانند بسیار بیشتر دوام بیاورند. و این یک امتیاز بزرگ در دنیای امروز است.
با این حال، باتری‌های حالت جامد در حال حاضر در سطح پایینی از آمادگی فن‌آوری هستند و تحقیقات بنیادی هنوز در حال انجام است، که باعث عدم اطمینان و نگرانی‌هایی در مورد هزینه تولید بالا و مقیاس‌پذیری می‌شود. چالش همچنین وارد کردن الکترولیت‌های جامد به فرآیندی است که با روش‌های تولید مدرن سازگار باشد، که نباید بر دوام یا هزینه محصول نهایی تأثیر بگذارد، و علاوه بر آن، مزایایی مانند چگالی انرژی و توان بهتر، افزایش ایمنی، و توان عملیاتی بالاتر. .
همچنین بخوانید: من چت بات بینگ را تست و مصاحبه کردم
باتری های لیتیوم-گوگرد (Li-S) (نباید با "لیتیوم-گوگرد" اشتباه گرفته شود - این باتری های ابدی توسط اختلافات اوکراینی ها سوخت می شوند) از دهه 60 قرن گذشته شروع به توسعه و تحقیق کردند به عنوان وسیله ای موثر برای ذخیره انرژی با استفاده از واکنش های الکتروشیمیایی برگشت پذیر با وجود توسعه سریع و تجاری‌سازی فناوری باتری‌های لیتیوم یونی (LIB)، هیچ پیشرفتی برای حل چالش‌های فنی حیاتی پیش روی باتری‌های لیتیوم یونی در دهه‌های آینده به دست نیامده است. بنابراین، در دهه 2000، باتری‌های Li-S به دلیل مزایایی که داشتند - هزینه کم و انرژی ویژه نظری بالا، علاقه قابل توجهی را از سوی توسعه دهندگان به دست آوردند. این شاخص ها تقریباً 3 برابر بیشتر از ویژگی های باتری های لیتیوم یون فعلی هستند. هزینه کم و محتوای بالای گوگرد (یعنی مواد کاتد فعال) باتری های لیتیوم گوگرد را جذاب تر از باتری های لیتیوم یونی می کند، با توجه به این واقعیت که باتری های دوم از مواد حیاتی مانند کبالت و نیکل در تولید کاتد استفاده می کنند.
و در باتری های لیتیوم گوگردی کاتد که یکی از دو الکترود باتری است از گوگرد ساخته خواهد شد. این عنصر نسبت به نیکل و کبالت سنتی متعادل تر است. چنین باتری هایی کارآمدتر از باتری های لیتیوم یونی هستند. این بدیهی است که می تواند منجر به برد طولانی تر خودروهایی شود که در آنها استفاده می شود. می توان گفت که مزیت بزرگ این باتری ها این است که گوگرد یک ماده خام ارزان قیمت و گسترده است. در عین حال، روند تولید چنین باتری هایی بسیار شبیه به آنچه برای تولید باتری های لیتیوم یونی استفاده می شود، به این معنی است که می توان از همان دستگاه ها و ظرفیت های تولیدی برای تولید آنها استفاده کرد.
یکی دیگر از مزایای این نوع باتری ها، انرژی کمتر مورد نیاز برای ساخت آنها، تقریباً 25 درصد است. تمامی این ویژگی ها می تواند تولید باتری های لیتیوم سولفور را بسیار سودآور کند.
تحولات در حال حاضر در نوسان کامل است. شرکت Lyten به موفقیت چشمگیری در این زمینه دست یافته است. این در حال حاضر یک پلت فرم باتری کامل LytCell EV دارد. این شرکت می‌گوید باتری آن ارزان‌تر و ایمن‌تر از باتری‌های لیتیوم یونی امروزی است و می‌تواند تا اواسط این دهه در خودروهای الکتریکی تولید انبوه در ایالات متحده استفاده شود.
همچنین جالب: Google Bard AI: همه چیزهایی که باید بدانید
این نوع باتری بر اساس فرآیند اکسیداسیون آهن با استفاده از هوا کار می کند. در فرآیند شارژ مجدد، مواد اکسید شده در فرآیندی به نام اکسیداسیون معکوس به آهن تبدیل می شوند. انتظار می رود باتری های آهن-هوا در آینده نزدیک گسترده شوند، عمدتاً به این دلیل که امکان ذخیره انرژی تقریباً 25 برابر بیشتر از باتری های لیتیوم-یون را فراهم می کنند.
با توجه به ذخایر بسیار زیاد آهن و هوا، چنین باتری هایی مطمئناً هزینه بسیار کمتری خواهند داشت. طبق برآوردها، قیمت آنها می تواند حدود 10 برابر کمتر از باتری های موجود باشد! متأسفانه، چنین باتری هایی دارای یک ایراد قابل توجه هستند - به دلیل سرعت کم اکسیداسیون آهن، شارژ آنها می تواند زمان زیادی طول بکشد.
استارت آپ Form Energy که بر اساس مؤسسه معروف فناوری ماساچوست (MIT) پدید آمد، با موفقیت در حال توسعه باتری های آهن-هوا است. باتری های Form Energy، به گفته سازندگان، ده برابر ارزان تر از لیتیوم هستند و از آهن استفاده می کنند که در دنیا به وفور یافت می شود. در عین حال، باتری‌های آهن-هوا می‌توانند بیشتر از باتری‌های لیتیومی دوام بیاورند و همچنین ایمن‌تر هستند زیرا قابل اشتعال نیستند.
تنها ایرادی که در حال حاضر دیده می‌شود این است که این باتری‌ها دیر شارژ می‌شوند و به عنوان مثال در مورد لپ‌تاپ‌ها یا گوشی‌های هوشمند، گزینه‌ای کمتر نسبت به باتری‌های لیتیومی هستند. از سوی دیگر، آنها یک راه حل عالی برای ذخیره انرژی در سطح شبکه برق ملی هستند، زیرا می توانند 100 ساعت ذخیره انرژی، بسیار بیشتر از باتری های لیتیومی، که می توانند تا XNUMX ساعت دوام بیاورند، فراهم کنند. به این ترتیب آنها می توانند ادغام پارک های خورشیدی در مقیاس بزرگ و مزارع بادی را تسهیل کنند.
همچنین جالب: پدیده Bluesky: چه نوع خدماتی است و برای مدت طولانی است؟
نمونه جالب دیگری از نوع جدید باتری باتری هایی است که به جای برق، گرما را ذخیره می کنند. به عنوان مثال، شرکت اسرائیلی Brenmiller Energy روی استفاده از مواد جایگزین مانند سنگ ها برای ذخیره انرژی حرارتی کار می کند. از سال 2012، Brenmiller Energy ابتدا از سنگ خرد شده برای تولید و سپس برای ذخیره انرژی حرارتی استفاده می کند. چنین فناوری هایی به نوبه خود می توانند برای اهداف مختلف، به عنوان مثال، در صنعت استفاده شوند.
جالب اینجاست که ایده استفاده از سنگ خرد شده برای ذخیره انرژی کاملاً جدید نیست. ناسا که فناوری های جدید بسیاری را در اختیار دارد، از دهه هفتاد قرن گذشته، فناوری های ذخیره سازی انرژی حرارتی را آزمایش کرده است. برخلاف باتری های معمولی، باتری های تولید شده توسط شرکت اسرائیلی از انرژی برای تولید بخار، آب گرم یا هوای گرم استفاده می کنند. Brenmiller Energy می‌گوید نیروگاه آن به نام Tempo می‌تواند تا 35 مگاوات ساعت انرژی ذخیره کند و تا 14 تن بخار در ساعت تولید کند.
این برای اقتصاد اسرائیل بسیار مهم است، جایی که تا 45 درصد از کل انتشارات مربوط به انرژی از بخش گرمایش صنعتی است. این پروژه جایگزین دیگ های بخاری است که با سوخت های فسیلی سنتی کار می کنند.
واقعیت های جدید راه حل های جدیدی می طلبد. ظهور انواع جدیدی از باتری ها به توسعه فناوری ها در زمینه صرفه جویی در انرژی کمک می کند. شاید تا چند سال دیگر، لپ تاپ یا گوشی هوشمند شما دیگر نیازی به شارژ هر روز نداشته باشد، زیرا با یک بار شارژ به مدت یک ماه یا شاید حتی یک سال کار می کند. و در عین حال، نوع جدید باتری نه تنها در مصرف انرژی صرفه جویی می کند، بلکه به حفظ محیط زیست نیز کمک می کند.
همچنین جالب:
پاسخ دهید