دوچرخه برقی

باتری‌های آهن-هوا انرژی را با 10 درصد از هزینه باتری‌های لیتیوم یونی ذخیره می‌کنند و "جف بزوس" و "بیل گیتس" نیز از یک پروژه آزمایشی جدید ذخیره‌سازی انبوه باتری‌های آهن و هوا پشتیبانی می‌کنند.

شرکت "فرم انرژی" واقع در بوستون در حال ساخت یک سیستم آزمایشی بزرگ ذخیره انرژی با باتری‌های هوا-آهن است که امیدوار است منجر به کلاس جدیدی از سیستم‌های ذخیره انرژی چند روزه و مقرون به صرفه شود.

این پروژه آزمایشی در مقیاس تجاری با هدف امکان ذخیره سازی ارزان‌تر انرژی، امکان گذر آسان‌تر از سوخت‌های فسیلی ایجاد شده است.

باتری‌های آهن و هوای این شرکت با صرف یک دهم هزینه یک واحد ذخیره سازی باتری لیتیوم یونی ساخته شده است و حداکثر 100 ساعت انرژی ذخیره می‌کنند.

آنطور که شرکت "فرم انرژی" بیان می‌کند، انتقال به انرژی‌های تجدیدپذیر بدین معنی است که شبکه الکتریکی اکنون با یک چالش روبرو است و آن، نحوه مدیریت و ذخیره چند روزه انرژی‌های تجدید پذیر بدون از بین بردن قابلیت اطمینان یا مقرون به صرفه بودن آن است.

سیستم "فرم انرژی" برای ذخیره ارزان مقدار زیادی انرژی تجدیدپذیر که به وسیله منابع انرژی باد و خورشید بدست آمده، طراحی شده است. سپس برق تولید شده را فقط در صورت نیاز و در زمان‌هایی که این منابع انرژی به دلیل شرایط آب و هوایی، انرژی کمتری تولید می‌کنند، آزاد می‌کند.

این شرکت بیش از 300 میلیون دلار برای تجاری‌سازی سیستم باتری آهن و هوای خود جمع کرده است و سرمایه‌گذاران سرشناسی از جمله "بیل گیتس" و "جف بزوس" از آن پشتیبانی کرده‌اند.

در سال 2017 شرکت "تسلا" بزرگترین سیستم باتری جهان را در استرالیای جنوبی ساخت. اگرچه امروزه این سیستم همچنان مورد استفاده قرار می‌گیرد و تا حد زیادی موفقیت آمیز تلقی می‌شود، اما باتری‌های لیتیوم-یون گران و مستعد فرسایش هستند، به این معنی که نیاز به گزینه‌های جایگزین وجود دارد.

باتری‌های هوا-آهن شرکت "فرم انرژی" ممکن است همان جایگزین مورد نظر باشند. این شرکت توضیح می‌دهد که آهن برای این سیستم ایده‌آل است، زیرا یکی از ایمن‌ترین، ارزان‌ترین و فراوان‌ترین مواد روی زمین است.

از آنجا که این سیستم با کمتر از یک دهم هزینه سیستم باتری‌های لیتیوم-یون ساخته شده است، می‌تواند انرژی ذخیره شده شبکه را با قیمتی قابل رقابت با نیروگاه‌های رایج در اختیار شبکه قرار دهد.

باتری‌های هوا-آهن از طریق "اکسیداسیون برگشت‌پذیر آهن" کار می‌کنند. آنها برای تخلیه و آزادسازی انرژی، فرآیند زنگ زدگی را با قرار دادن هزاران گلوله آهن ریز در هوا آغاز می‌کنند. وقتی سیستم با جریان الکتریکی شارژ می‌شود، اکسیژن موجود در زنگ زدگی از بین می‌رود و دوباره به آهن فلزی تبدیل می‌شود.

اگرچه هنوز "فرم انرژی" عدد مشخصی را در رابطه با کارایی سیستم خود فاش نکرده است، باتری‌های آن از یک آند آهنی غول پیکر استفاده می‌کنند که به گفته این شرکت بزرگترین آند ساخته شده تاکنون در دنیا است. اندازه این سلول‌ها تقریباً یک متر مربع است و در ماژول‌های باتری تقریباً به اندازه یک ماشین لباسشویی، به صورت غوطه‌ور در یک الکترولیت مایع قرار می‌گیرد.

گزارش شده است که این سیستم بین 1 تا 3 مگاوات برق مداوم در هر جریب(0.4 هکتار) تأمین می‌کند.

"متیو جارامیلو" مدیرعامل و هم‌بنیان‌گذار "فرم انرژی" گفت: با استفاده از این فناوری، ما بزرگترین مانع در برابر کربن زدایی عمیق را برطرف می‌کنیم و انرژی تجدیدپذیر را در هر زمان و هر مکان مورد نیاز، حتی طی چند روز آب و هوای نامساعد یا قطع شبکه فراهم می‌کنیم.

شرکت چینی سی ای تی ال، امیدوار است در آینده باتری‌های مبتنی بر نمک یا سدیم را جایگزین باتری‌های لیتیومی کند.

در باتری‌های سدیمی نیز مانند باتری‌های لیتیومی، یون‌های سدیم بین دو الکترود در حرکت هستند و از این طریق وسایل برقی شارژ می‌شوند. اما یون‌های سدیم در مقایسه با یون‌های لیتیوم مشکلات کمتری دارند. این یون‌ها بزرگ‌تر بوده و در برابر آلودگی‌ها و ناخالصی‌هایی که عمر باتری را کوتاه می‌کند، مقاومت بیشتری دارند. علاوه بر این باتری‌های سدیمی مشکلاتی مانند کاهش تدریجی چگالی و ظرفیت شارژ را نیز نخواهند داشت.

در باتری نمکی چینی از یک ماده کربنی سخت و متخلخل برای آند استفاده شده و ساختار کاتد نیز با استفاده از مواد دیگری تغییر یافته تا آرایش الکترون‌ها در درون باتری بهتر شود.

چگالی انرژی این باتری به ازای هر کیلوگرم به 160 وات ساعت می‌رسد که در مقایسه با رقم مشابه 285 وات ساعت به ازای هر کیلوگرم در باتری‌های لیتیومی هنوز رقم مطلوبی نیست. اما رکوردی قابل توجه در دنیای باتری‌های سدیمی محسوب می‌شود.

شارژ 80 درصد ظرفیت این باتری در دمای اتاق در عرض 15 دقیقه انجام می‌شود. این باتری در سرمای منفی 20 درجه قادر به حفظ 90 درصد از شارژ خود است که رکوردی مناسب است. انتظار می‌رود تجاری سازی این باتری تا سال 2023 ممکن شود.

به نقل از انگجت، فولکس واگن از استراتژی جدیدی به نام نیو آئوتو رونمایی کرده که بر اساس آن تا سال 2040 تقریباً تمامی خودروهای عرضه شده توسط این شرکت برای فروش را اتومبیل‌های برقی تشکیل می‌دهند.

فولکس واگن همچنین قصد دارد با ارتقای باتری‌های خودروهای برقی تولیدی خود برد آنها را افزایش دهد. طراحی یک پلتفرم نرم افزاری جدید و عرضه خودروهای برقی جدید مانند ای دی 4 نیز در دستور کار فولکس واگن قرار گرفته است.

فولکس واگن با همکاری یکی از زیرمجموعه‌های خود موسوم به کاریاد قصد دارد یک سیستم چندرسانه ای و تفریحی تازه برای خودروهای برقی فولکس واگن طراحی کند. این سیستم تا سال 2023 از راه می‌رسد. یک پلتفرم جدید برای خودروهای برقی فولکس واگن نیز تا سال 2025 در دسترس خواهد بود.

به نقل از پژوهشگاه فضایی ایران، حسین صمیمی گفت: پژوهشکده مکانیک این پژوهشگاه، برای اولین بار در کشور، موفق به طراحی و ساخت باتری‌های لیتیوم یون با قابلیت طول عمر سیکلی بالا شده است.

رئیس پژوهشگاه فضایی ایران در خصوص مشخصات فنی و کاربردهای این فناوری توضیح داد: باتری لیتیوم یون به علت دانسیته انرژی، توان بالا، مشخصات عملیاتی و کاربردی بسیار خوب، توانسته جایگاه بسیار مناسبی را بین سیستم‌های ذخیره‌ساز انرژی الکتریکی در بازارهای جهانی و در حوزه‌های کاربری صنعتی، تجاری، نظامی و فضایی پیدا کند. این باتری با توجه به ساختار الکتروشیمیایی و طراحی صورت گرفته، به‌ویژه نوع کاتد به‌کاررفته در آن، دارای قابلیت‌های متنوعی است و بازه متفاوتی از ولتاژ عملکردی، طول عمر و تعداد چرخه‌های شارژ و دشارژ، دمای محیط کاربری و انبارداری را پوشش می‌دهد.

وی درباره پیشینه اجرای این پروژه گفت: با توجه به تجارب قبلی و توانمندی موجود در گروه ذخیره‌سازهای انرژی پژوهشکده مکانیک، فرایند طراحی الکتروشیمیایی، مکانیکی و فنی باتری لیتیوم یون به همراه فناوری‌های مربوط به تولید و ساخت مواد اولیه الکترودی و الکترودها، الکترولیت، مونتاژ سل و نیز فعالیت‌های مربوط به انتخاب و بهینه‌سازی غشاء مناسب و تعیین الگوریتم‌های شارژ و دشارژ، در این پژوهشکده انجام شد و پژوهشگران این پژوهشگاه توانستند به دانش فنی ساخت دو نوع پاکتی و استوانه‌ای از این باتری‌ها دست یابند.

صمیمی درباره دانش اکتساب شده توضیح داد: در پروژه حاضر به منظور دستیابی به محصول مورد نظر مطالعات و فعالیت‌های پژوهشی گسترده‌ای صورت گرفته که این مطالعات منجر شد تا علاوه بر توانمندی ساخت دو سل ذکر شده، دانش ساخت اجزای سازنده باتری نیز به صورت مجزا ایجاد شود.

برخی از دانش‌های فنی اکتساب شده در جریان این پروژه شامل دستیابی به دانش فنی ساخت الکترودهای آند و کاتد، مونتاژ سل پاکتی و سل استوانه‌ای، فرمولاسیون سریع سل باتری لیتیوم یون با کاربرد فضایی، فرمولاسیون الکترولیت باتری لیتیوم یون با قابلیت طول عمر بالا، سنتز ماده فعال کاتدی NCA و بهینه‌سازی ماده فعال کاتدی با هدف افزایش طول عمر سیکلی باتری، ایجاد لایه SEI مصنوعی روی ماده فعال آندی با هدف افزایش طول عمر سیکلی باتری، ساخت نمونه مهندسی غشاء باتری لیتیوم یون و بهینه‌سازی غشاء تجاری با هدف افزایش ایمنی و طول عمر سیکلی باتری لیتیوم یون فضایی است.

لیتیوم برای تولید باتری خودروهای برقی به طور گسترده مورد نیاز است و آلمان روز گذشته اعلام کرده مقدار زیادی از ذخایر این ماده را در زیر مسیر رودخانه راین شناسایی کرده و به دنبال استخراج آن است.

مقامات آلمانی مدعی شده‌اند ذخایر لیتیوم شناسایی شده در این مسیر برای تولید باتری 400 میلیون خودروی برقی کافی خواهد بود. بخش زیادی از این ذخایر در دره‌ای در منطقه جنگل سیاه در جنوب آلمان قرار دارند. این منطقه 300 کیلومتر طول و 40 کیلومتر عرض دارد.

لیتیوم معمولاً به حالت مذاب درآمده و در داخل چشمه‌های زیرزمینی جوشان و در عمق هزاران متری زمین محبوس می‌شود. اگر مقدار ذخایر لیتیوم کشف شده در زیر بستر رودخانه راین دقیق تخمین زده شده باشد، یکی از بزرگترین ذخایر جهان در آلمان کشف شده و اگر این ماده با موفقیت استخراج شود، باعث کاهش وابستگی آلمان به لیتیوم وارداتی می‌شود. هم اکنون مذاکرات اولیه با تولیدکنندگان خودرو در این کشور برای استفاده از لیتیوم مذکور در حال انجام است.

بخش زیادی از ذخایر لیتیوم جهان تا به حال در استرالیا و آمریکای جنوبی و در نقاط دورافتاده شناسایی شده بود. اما ذخایر لیتیوم آلمان در نزدیکی مناطق پرجمعیت واقع است و ممکن است مردم محلی و دوستداران محیط زیست با استخراج آن مخالفت کنند. انتظار می‌رود تا سال 2024 سالانه حدود 15 هزار تن هیدروکسید لیتیوم در آلمان استخراج شود و این رقم تا سال 2025 به 40 هزار تن در سال افزایش یابد.