تکنولوژیعلمی

عصر یون‌ها: حکمرانی باتری‌ها در دنیای امروز

چرا باتری‌ها در زندگی ما این همه مهم شده‌اند؟

امروزه تغییرات جوی و آب و هوایی یک معضل جدیست، به همین دلیل استفاده از  نسل جدید انرژی‌های پاک و تجدید پذیر طی بیست سال گذشته افزایش چشم گیری پیدا کرده است.

اما مشکل اصلی این نوع از انرژی، مشکل بودن ذخیره‌سازی آن‌هاست.

باتری‌ها، به همین منظور تولید شده‌اند.

علاوه بر استفاده داخل دستگاه های کوچک دیجیتالی، باتری کاربردها دیگری نیز دارند.

امروزه در سرتاسر دنیا، باتری‌های سایز بزرگ در بسیاری از شبکه‌های برق، نصب و استفاده می‌شود.

در سال 2017، بیش از 1 گیگاوات ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی در سرتاسر دنیا اضافه شده که به نوبه خود دستاورد بزرگی محسوب می‌شود.

باتری‌ها چطور کار می‌کنند؟

قطعا اینجا حرف از باتری‌های کوچک AAA نیست. اما فراموش نکنیم که باتری‌ها همگی نسبتا به یک شیوه کار می‌کنند.

وقتی یک باتری شارژ می‌شود، انرژی الکتریکی در آن به انرژی شیمیایی تبدیل می‌شود و بعد این فرآیند برعکس شده و می‌توان برق را از باتری دریافت کرد.

فرآیند عملکرد باتری در هنگام استفاده

فرآیند باتری در هنگام شارژ

باتری‌ها همگی یک سری قسمت اصلی دارند: دو الکترود و نوعی ماده واسطه شیمیایی که به آن الکترولیت می‌گویند.

این ماده می‌تواند مایع، ژل یا جامد باشد.

برای تولید برق، نوی واکنش شیمیایی اتفاق می‌افتد که باعث می‌شود الکترون‌ها از الکترود منفی-که آنود نام دارد، به سمت الکترود مثبت- که کاتد نام دارد- حرکت کنند.

زمانیکه باتری را شارژ می‌کنید، این فرآیند برعکس شده و الکترون‌ها به سمت آنود فرستاده می‌شوند.

چه تعداد باتری با ظرفیت عظیم وجود دارد؟

در سرتاسر کشور بریتانیا، حدود 500 مگاوات باتری در ابعاد بزرگ نصب شده که طبق گفته محققان این رقم قرار است تا سه سال آینده، دوبرابر شود.

بر اساس گزارش Bloomberg NEF، ظرفیت باتری‌های عظیم نصب شده در سرتاسر دنیا نیز قرار است تا سال 2020 به 50 گیگا وات برسد و تا 2040 از 1000 گیگاوات نیز عبور خواهد کرد. رسیدن به چنین هدفی برابر با تامین شدن 7 درصد از ظرفیت انرژی جهان خواهد بود.

نیروگاه‌های هیبریدی در آغاز راه

در انگلستان، نصب و استفاده از باتری‌ها برای ارائه سرویس‌های مرتبط به شبکه ملی انرژی-National Grid- صورت می‌گیرد.

این نوع سرویس‌ها با توجه به غیرمتناوب بودن انرژی‌های بادی و خورشیدی، برای تامین عرضه و تقاضا در صنعت انرژی کشور عنصری حیاتی محسوب می‌شود.

این روزها، نیروگاه‌های انرژی پاک«هیبریدی» نیز در اوایل راه خود هستند.

در این نیروگاه‌ها، باتری‌ها به همراه سیستم‌های خورشیدی و بادی در کنارهم مورد استفاده قرار می‌گیرند. ت

وسعه تکنولوژی باتری‌ها، برای رونق در بخش اقتصادی انرژی خورشیدی نیز اهمیت ویژه‌ای دارد زیرا میزان مصرف انرژی خورشیدی در زمان مشخصی از روز افزایش پیدا کرده و قیمت عرضه این نوع انرژی را افزایش می‌دهد.

نیروگاه‌های هیبریدی اما می‌توانند با توسعه استفاده از باتری‌ها، میزان ذخیره انرژی‌های خورشیدی و بادی را افزایش داده و این نوع انرژی‌های تجدید پذیر را بیشتر از قبل در اختیار مردم با قیمت نسبتا کمتر قرار دهند.

در نقاط دیگر جهان از جمله استرالیای جنوبی ، باتری‌ها برای انعطاف بیشتر شبکه‌های برق شهری و جلوگیری از بروز خاموشی، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مفهوم باتری‌های خانگی از کجا آمد؟

سه سال پیش، ایلان ماسک با معرفی نسخه‌ای از خوردوی الکتریک تسلا، توانست مفهوم باتری‌های خانگی را به دنیا بشناساند. اما شرکت تسلا اولین شرکت و قطعا بزرگ‌‌ترین در این حوزه نیست.

شرکت آلمانی Sonnen، که 25 درصد از سهام بازار جهانی باتری‌های خانگی را در اختیار دارد، اعلام کرده که بیشتر مشتریان کنونی این شرکت افرادی هستند که در مناطق باد خیز زندگی می‌کنند و پنل‌های تبدیل انرژی‌های بادی و خورشیدی را در منازل خود نصب کرده‌اند.

این افراد به دنبال داشتن یک منبع پشتیان جایگزین برای تهیه انرژی مورد نیاز خود هستند و به همین دلیل از خدمات این شرکت استفاده می‌کنند.

Christoph Ostermann، مدیر ارشد شرکت  Sonnen می‌گوید که این بازار نوظهور، فعلا در مراحل بسیار بسیار ابتدایی خود به سر می‌برد. آلمان، ایتالیا، استرالیا و آمریکا از جمله کشورهایی هستند که در آنها بازار استفاده از انرژی‌های تجدید پذیر خانگی فعالیت دارد.

آینده خودروهای الکتریکی چگونه است؟

طبق گفته Henrik Fisker ، موسس شرکت خودروسازی الکتریکی Fisker Automotive، ما فعلا در حال مشاهده اوایل مسیر توسعه نسل دوم خودروهای باتری‌دار هستیم. وی معتقد است مقرون به صرفه بودن و کارایی مناسب خودرو در فاصله بین دو شارژ،  از قابلیت‌های مهم یک خودروی الکتریکی محسوب می‌شود. Fisker معتقد است که این صنعت حدود سال‌های 2020 تا 2021 شکوفا خواهد شد و مدل‌های متنوع تر بیشتری به بازار عرضه می‌شود.

Fisker همچنین اشاره کرده که عملیات‌های شارژ پرسرعت می‌تواند صنعت خودروسازی الکتریکی را متحول کند. برای شارژ یک خودروی الکتریکی در خانه، کاربر باید بین 8 الی 10 ساعت زمان صرف کند اما با استقرار برخی از ایستگاه‌های شارژ عمومی جدید، این زمان به 10 دقیقه کاهش پیدا کرده است.

آینده دیگر وسیله‌های نقلیه چه خواهد شد؟

اتوبوس‌های الکتریکی همین حالا در برخی از خیابان‌های لندن عبور و مرور می‌کنند، اتوبوس‌هایی که توسط شرکت چینی BYD ساخته شده‌اند. ایلان ماسک نیز از برنامه‌های خود برای معرفی کامیون الکتریک خبر داده است.

اما نکته اینجاست که میزان انرژی مورد نیاز برای حرکت دادن یک وسیله نقلیه سنگین، بسیار بیشتر از ظرفیت باتری‌های کنونی است. همچنین، چگالی و وزن باتری‌های کنونی، فعلا از استفاده از آنها در خودروهای پرنده با سرنشین، ممانعت می‌کند. به همین دلیل تا دیدن یک اتوبوس پرنده پر از مسافر در آسمان، فاصله زمانی زیادی داریم.

تاثیرات محیطی و اجتماعی ساخت باتری‌ها چیست؟

عنصر اصلی باتری‌های یونی- لیتیومی کنونی، کُبالت است. بیش از 60 درصد از عنصر کبالت در جمهوری دموکرات کنگو تولید می‌شود، منطقه‌ای که بسیاری از محققان، درباره تاثیرات استخراج و معدن کاری از لحاظ محیطی و اجتماعی در آن اظهار نگرانی کرده‌اند.

لیتیوم داخل باتری‌ها، بیشتر از طریق سه کشور استرالیا، آرژانتین و زیمبابوه تامین می‌شود.

مصرف آب و کمبود آن در برخی از کشورهای تولید کننده، یکی دیگر از دغدغه‌هاست.

همچنین، اینکه چه بر سر باتری‌ها بعد از تمام شدن عمرشان می‌آید نیز مسئله بزرگ قابل تاملی است که نمی‌توان را نادیده گرفت.

باتری‌موبایل چطور؟ با قدیمی شدن چه تغییراتی در آن رخ می‌دهد؟

بیشتر باتری‌ها، عمر مشخصی دارند و با گذشت زمان از کارایی آنها کاسته شده، زمان بیشتری برای شارژ می‌برند و سریع‌تر از شارژ خالی می‌شوند. اینکه با گذشت زمان، دقیقا چه اتفاقی برای باتری‌ها و از جمله باتری موبایل می‌افتد هنوز در دست تحقیق و بررسی است.

باتری قدیمی موبایل تعویض

اما مهم‌ترین اتفاقی که با قدیمی شدن یک باتری روی می‌دهد، کاهش کیفیت مواد روی الکترود آنود است که با گذشت زمان کارایی خود را از دست می‌دهند.

اکسیداسیون روی کاتد نیز اتفاق می‌افتد و مواد تشکیل دهنده فعال باتری نیز با گذشت زمان بی کیفیت‌تر شده و به درستی واکنش مورد نیاز را نمی‌دهند.

مجموعه‌ای از این اتفاقات، میزان یون‌های لیتیومی و مواد فعال برای ذخیره‌سازی انرژی را کاهش می‌دهد و کاهش ظرفیت باتری موبایل اتفاق می‌افتد.

چه چیزی عمر باتری را سریع‌تر کاهش می‌دهد؟

اینکه یک باتری چطور مورد استفاده قرار گرفته، به روی پروسه کاهش کیفیت آن تاثیر زیادی دارد.

به عنوان مثال، با در معرض گرما قرار دادن باتری یا صدمه فیزیکی به باتری، از عمر آن کم می‌شود، که این مسئله بیشتر در مورد خودروهای الکتریکی مشاهده می‌شود تا دیگر ابزارهای دیجیتالی.

افزایش سرعت شارژ یا مصرف شارژ نیز می‌تواند عمر باتری را به شدت کاهش دهد. همچنین شارژ باتری‌ها تا میزان 100 درصد و یا خالی شدن کامل آن به میزان 0 درصد، کیفیت آن را کاهش می‌دهد.

مرحله بعدی چیست؟

شرکت‌ها سخت مشغول افزایش ظرفیت باتری‌ها هستند و هم زمان تلاش می‌کنند تا هزینه‌های ساخت نسل جدید از باتری‌ها نیز کاهش پیدا کند که چالش بزرگی محسوب می‌شود.

طبق گفته محققان، 10 سال آینده به احتمال زیاد، باتری‌های لیتیوم-یونی همچنان گزینه اول خواهند بود. احتمال می‌رود که بیشتر پیشرفت‌ها در این زمینه، حول افزایش کیفیت و کاهش قیمت باتری‌های لیتیوم یونی انجام شود.

Fisker  معتقد است با توسعه تکنولوژی، احتمالا کاربردهای بیشتری برای باتری‌ها در نظر گرفته شده و از تکنولوژی آنها در دیگر صنعت‌ها نیز بهره گرفته خواهد شد.

برچسب ها

یک نظر

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

بستن
بستن