تلاش دانشمندان برای تحول در صنعت باتری

آی‌تی‌ایران: باتری‌های لیتیوم-یونی از لپ‌تاپ‌هایمان گرفته تا خودروهای الکتریکی را تامین انرژی می‌کنند اما هنوز با باتری‌های آرمانی فاصله زیادی دارند. در حقیقت، این باتری‌های لیتیوم-یونی بودند که موجب آتش‌سوزی و انفجار گوشی‌های نوت ۷ شرکت سامسونگ شدند. به گفته‌ Pogue مقاله‌نویس خبرگزاری Yahoo Finance و مجری مستند NOVA استفاده از کلمه «انفجار» در اینجا اغراق نیست و واقعا این باتری‌ها خطر انفجار دارند. همان‌طور که او مساله را شرح داد، باتری‌های لیتیوم-یونی متشکل از الکترودهای مثبت و منفی هستند که با الکترولیت‌های مایع از هم جدا شده‌اند و البته شدیدا قابل اشتعال هستند. Pogue می‌گوید: باتری‌های لیتیوم-یونی بهترین منبع ذخیره‌سازی به حساب نمی‌آیند، این باتری‌ها گران‌قیمت و قابل انفجار هستند و مدت محدودی برای انرژی‌رسانی به گوشی‌ها را دارند و تنها حدود ۴۰۰ مرتبه قابل شارژ شدن هستند. بنابراین دنیا به چیزی فراتر از این تکنولوژی سال ۱۹۹۱ نیاز دارد.

او به همراه تیم مستندسازی خود تمامی آزمایشگاه‌های آمریکا را برای یافتن super battery (ابر باتری) جست‌وجو کرده است. سوپرباتری نوعی باتری است که تمامی صفات مورد نظر ما را داشته باشد. باتری مورد نظر ما هم باید ارزان، بادوام، قادر به نگهداری حجم بالایی از انرژی باشد و هم پس از اینکه از دور خارج می‌شوند با طبیعت سازگاری داشته باشند. در حال حاضر هیچ باتری قادر به انجام وظایفی که از آنها انتظار داریم نیست، اما سفرهای Pogue حاکی از این است که در تحقیقات در زمینه باتری‌ها پیشرفت‌هایی حاصل شده است. او گفت: از جمله باتری‌های جالبی که با آنها برخورد داشتیم می‌توان به باتری‌های یخی، باتری‌های گرانشی، باتری‌های چرخ و فلکی، باتری‌های آب نمکی و باتری‌های خاکی اشاره کرد. امروزه در آزمایشگاه‌های سراسر دنیا، میلیارد‌ها دلار صرف تحقیقات در زمینه باتری‌ها می‌شود اما همچنان نتیجه انقلابی به دست نیامده است.

جالب‌ترین باتری که این تیم مستندساز با آن برخورد داشتند باتری بود که پروفسور مایک زیمرمن از دانشگاه تافت ساخته بود. او مشکل مایع قابل اشتعال بودن باتری‌های لیتیوم-یونی را با حذف مایعات داخل آن حل کرده است. او ورقه‌های جامدی از جنس پلیمر مخصوص ساخته که به یون‌ها اجازه حرکت بین الکترودها را حتی بهتر از باتری‌های لیتیومی مایع می‌دهد. اما هنوز و به‌دلیل اینکه خالی کردن باتری مانند باتری‌های لیتیومی امکان‌پذیر نیست، نمی‌توان از این باتری‌ها استفاده کرد. بنابراین این باتری‌ها را باتری‌های با الکترود پلاستیکی می‌نامیم. طبق گفته‌های Pogue، باتری پروفسور زیمرمن می‌تواند بدون احتمال جرقه زدن از فلز لیتیوم استفاده کند. این فلز ۵ برابر باتری‌هایی که امروزه از آنها استفاده می‌کنیم انرژی ذخیره می‌کند و البته احتمال انفجار آن نیز ۵ برابر است، پس از آن استفاده نمی‌کنیم. اما زیمرمن در حال حاضر موفق شده قدرت و ظرفیتی دو برابر باتری‌های لیتیومی را به دست بیاورد. خودرویی را تصور کنید که به جای سرعت ۳۲۰ کیلومتر، با سرعت ۶۴۰ کیلومتر و با استفاده از قدرت باتری حرکت می‌کند.

زمانی که تیم مستندسازی از آزمایشگاه زیمرمن بازدید کرد، معلوم شد که آنها اولین تیم رسانه‌ای هستند که موفق شده‌اند وارد آنجا بشوند. Pogue می‌گوید سال‌ها است که پروژه آنها به صورت پنهانی در حال انجام است. از Pogue پرسیدیم که چرا اپل یا سامسونگ به سراغ آنها نمی‌آیند؟ Pogue در جواب گفت که اتفاقا دیروز از شرکت سامسونگ اینجا آمده بودند! پروفسور زیمرمن به Pogue اجازه تست این باتری را داد. درحالی‌که باتری به لامپ‌های ال‌ای‌دی برق‌رسانی می‌کرد، او هم با قیچی شروع به بریدن باتری کرد. او گفت: نه تنها باتری منفجر نشد، بلکه تا زمانی که آخرین قطعه باتری را قیچی نکرده بودم، لامپ‌ها همچنان از انرژی باتری استفاده می‌کردند! استارت‌آپ پروفسور زیمرمن با نام «Ionic Materials» در حال تلاش برای تجاری‌سازی این تکنولوژی است. با اینکه احتمال می‌رود باتری‌های الکترولیتی جامد روزی جایگزین باتری‌های امروزی شوند، اما Pogue معتقد است که تحقیقات در جای دیگری نیز متمرکز است: توسعه سیستم‌های ذخیره نیرو برای شبکه‌های برق.

در حال حاضر وقتی لامپ را روشن می‌کنید، الکتریسیته درون سیم‌های برق منتظر نمی‌ماند. برق باید همان لحظه تولید شود و این مشکل اصلی صفحات خورشیدی و توربین‌های بادی است. بنابراین باید به دنبال راهی باشیم که انرژی تولیدی از طریق صفحات خورشیدی و توربین‌ها را ذخیره کنیم و در مواقع نیاز از آنها استفاده کنیم. بر خلاف وسایل الکترونیکی، شبکه‌های برق به باتری‌های سبک و فشرده نیازی ندارند. باتری‌ها می‌توانند از نوع آب‌نمکی یا هر نوع شیمیایی دیگر و حتی خیلی بزرگ و زشت باشند چون قرار نیست آنها را حرکت دهیم. چیزی که امروزه به دنبال آن هستیم، منابع ذخیره‌سازی انرژی است که با طبیعت سازگاری داشته و بتوانند انرژی را تا چندین سال نگهداری کنند. در بخش منابع ذخیره‌سازی برق، Pogue از دیدن باتری‌های چرخ و فلکی که با چرخش سریع قادرند انرژی را تولید و حفظ کنند بسیار شگفت‌زده شده است. او در بازدید خود مشاهده کرد که این منبع می‌تواند انرژی را برای حدود یک دقیقه نگهداری کند، اما شرکتی در کالیفرنیا با نام Amber Kinetics نوعی از این منابع را با قدرت نگهداری انرژی تا ۴ ساعت تولید کرده است.

Pogue می‌گوید: این چرخ که جنس آن از استیل است، حدود ۲ تن و ۳۰۰ کیلوگرم وزن دارد و قادر است ۸۵۰۰ دور در دقیقه بچرخد. به‌دلیل قرارگیری چرخ در داخل محفظه خلأ و معلق شدن آن با یک آهنربا، هیچ اصطکاکی وجود نخواهد داشت. شرکت Pacific Gas و Electric Company از کالیفرنیا، منابع ذخیره برق ۲۰ مگاواتی با استفاده از سیستم ذخیره‌سازی چرخ و فلکی را برای سال ۲۰۲۰ سفارش داده‌اند. Pogue معتقد است می‌توان این چرخ‌ها را شب‌ها و با استفاده از الکتریسیته ارزان یا روزها و با استفاده از انرژی خورشیدی مورد استفاده قرار داد. زمانی که به انرژی این چرخ‌ها نیاز داشته باشیم، موتور چرخ‌ها شروع به چرخش در جهت عکس می‌کند و تبدیل به یک ژنراتور می‌شود و با دریافت انرژی جنبشی، آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. با گسترش تحقیقات برای یافتن سوپرباتری‌ها، Pogue هم از یافته‌های دانشمندان در این بخش بسیار هیجان‌زده شده است. او گفت: اگر راستش را بخواهید، زمانی که شبکه NOVA از من خواست مجری برنامه‌ای درباره باتری‌های شیمیایی شوم، با خودم گفتم این برنامه به‌زودی یکی از پربیننده‌ترین برنامه‌ها خواهد شد.