آینده فناوری‌های باتری‌ در سال 2017

این مطلب یکی از مجموعه مقالات پرونده ویژه «فناوری‌های سال ۲۰۱۷» است که در ماهنامه شبکه شماره ۱۸۸ منتشر شد. برای دانلود کل این پرونده ویژه اینجا کلیک کنید. 

پیش‌بینی‎ها حاکی از آن است که در سال جدید میلادی ما شاهد تغییر و تحولات بزرگی در صنعت باتری باشیم. از باتری‎های کوچک‎تر و پرظرفیت‎تر تا سیستم‎های شارژ القایی بدون تماس و باتری‎هایی که در کمتر از 30 ثانیه شارژ می‎شوند، بنابراین شما زودتر از آنچه تصور کنید این فناوری را در گجت‎های خود مشاهده خواهید کرد.
در همین راستا به‌تازگی نوعی باتری جدید معرفی شده است که ظرفیت ذخیره انرژی باتری‎های لیتیوم-یونی که این روزها ما از آن استفاده می‎کنیم را به دو‌برابر افزایش می‎دهد. اگر چنین ادعایی صحت داشته باشد ما شاهد تحول بزرگی در صنعت باتری در سال 2017 خواهیم بود.

مطلب پیشنهادی

آیا بالاخره از کابل‌های شارژ گجت‌ها خلاص می‌شویم؟

تماشا کنید: گوی عجیبی که گوشی‌های موبایل را بی‌سیم شارژ می‌کند

این باتری‎ها چگونه کار می‎کنند؟
این باتری لیتیوم متال جدید از موادی استفاده می‎کند که می‎توانند توان ذخیره انرژی را تا دو‌برابر باتری‎های معمولی افزایش دهند. چگالی این مواد دو برابر لیتیوم-یون و دوام و امنیت آن نیز تا دو برابر افزایش پیدا کرده است. چیاهو هو هو، مدیر عامل شرکت SolidEnergy که روی این پروژه مشغول کار است می‎گوید: «با دو برابر شدن ظرفیت انرژی، ما می‎توانیم یک باتری را با نصف اندازه بسازیم که همچنان مدت زمان دوام آن به اندازه باتری‎های لیتیوم-یون فعلی است. و یا می‎توانیم باتری‎ها را به همان اندازه باتری‎های لیتیوم-یون فعلی بسازیم که دوام آن دو‌برابر میزان فعلی باشد.» مدیر عامل و موسس شرکت SolidEnergy که در گذشته نیز عضو هیئت تحقيقات دانشگاه ام‎ای‎تی بوده است، در سال 2012 تنها یک هدف داشت و آن تولید باتری‎های بدون آنود (قطب مثبت) بود. این باتری جدید که شرکت SolidEnergy در حال ساخت آن است نیز دیگر از گرافیت به عنوان آنود استفاده نمی‎کند و به‌‌جای آن از یک ورقه نازک فلز لیتیوم استفاده خواهد کرد. مزیت این تغییر در آن است که لیتیوم می‎تواند یون‎های بیشتری را در خود ذخیره کند و به‌طبع آن ظرفیت ذخیره سازی بیشتری نیز خواهد داشت.

چه اتفاقی خواهد افتاد اگر ما از این باتری جدید در تلفن‎های هوشمند خود استفاده کنیم؟
ابعاد این باتری‎ها نصف اندازه باتری‎های لیتیوم-یون فعلی که در آی‎فون 6 استفاده می‎شود خواهد بود. جریان الکتریکی نیز قوی‎تر از وضعیت فعلی یعنی دو آمپر‌ساعت (در مقايسه با 1.8 آمپر‌ساعت باتری آی‎فون) خواهد بود. ماده لیتیوم به‌دلیل توانایی بالا در ذخیره انرژی همیشه مورد توجه دانشمندان صنعت باتری بوده است. تا قبل از این فلز لیتیوم اغلب به‌گونه‎ای با اجزای تشکیل دهنده باتری ترکیب می‎شد که باعث افزایش مقاومت باتری و در‌نتیجه کاهش چرخه طول‌عمر این اجزای تشکیل دهنده می‎شد. نمونه‎ای از این نوع ترکیب شدن شامل کریستال‎های ساختار درختی است که به‌دلیل شارژ نادرست یا اتصال کوتاه مدار روی آنود تجمع می‎کنند و با به‌وجود آمدن الکترولیت‎های قابل اشتعال ممکن است باعث سوختن و یا حتی انفجار باتری شوند.

در این باتری جدید دیگر از گرافیت به عنوان آنود استفاده نمی‎شود و به‌‌جای آن از یک ورقه نازک فلز لیتیوم استفاده خواهد کرد. 

حالا گویا این مشکل با استفاده از ورقه‎های نازک لیتیوم برطرف شده است. این ورقه‎های فلزی از گرافیت آنودهای معمول نازک‎تر هستند و از لحاظ شیمیایی به‌گونه‎ای اصلاح شده‎اند تا از مشکلات به‌وجود آمده برای باتری‎های لیتیومی‎ که در بالا به‌ آن اشاره شد جلوگیری کنند. انتظار می‎رود این باتری‎ها اوایل سال 2017 وارد بازار شده و در ابتدا برای تامین انرژی مورد نیاز روبات‎های پرنده مورد استفاده قرار گيرد و بعد از آن ساخت این باتری‎ها برای تلفن‎های هوشمند و سایر دستگاه‎های همراه آغاز خواهد شد. هنوز مشخص نیست که این باتری‎ها برای چه دستگاه‎هایی تولید خواهند شد و ما همچنان باید منتظر اعلام خبر از سوی این شرکت باشیم.

آینده انرژی خودروهای برقی
به‌گفته این شرکت این فناوری تاثیرات اجتماعی بزرگی روی خودروهای برقی خواهد گذاشت. هو می‎گوید: «بر اساس استاندارد تعریف شده برای این صنعت، اتومبیل‎های برقی باید بتوانند با هر بار شارژ 322 کیلومتر (200 مایل) مسافت را طی کنند. با تولید باتری‎هایی که ابعاد و وزن آنها نصف باتری‎های فعلی است می‎توان تعداد بسیار بیشتری باتری را در یک اتومبیل جا داد و با هر بار شارژ می‎توان 644 کیلومتر را طی کرد. محققان دانشگاه ام‎ای‎تی نیز با کمک شرکت سامسونگ نوعی از باتری حالت جامد را کشف کرده‎اند که بسیار امن‎تر و با دوام بسیار بیشتری از باتری‎های لیتیوم-یون کار می‎کنند. طبق گزارشات ام‎ای‎تی، این باتری‎های جديد را می‎توان تا پایان عمر کاری آنها تا صدها هزار بار شارژ کرد.

باتری‎های لیتیوم-یون حالت جامد 
نوعی از باتری که به‌حالت جامد (Solid state lithium-ion) معروف است استحکام و ثبات فوق العاده‎ای را ارائه می‎کند. یک باتری از الکترودها و الکترولیت تشکیل شده است. در حالت سنتی الکترودها از فلز رسانا و الکترولیت از نوعی مایع تشکیل می‎شوند. اما در باتری‎های حالت جامد همان‎گونه که از نام آن پیدا است از الکترولیت جامد استفاده می‎شود. با این کار مشکلاتی که در اثر نشت مایع به‌وجود می‎آید برطرف شده و این امکان فراهم می‎شود تا بتوان اندازه باتری را تا حد قابل ملاحظه‎ای کوچک کرد. نتیجه کار تولید یک باتری با ظرفیت بسیار بالا با امکان شارژ در کمتر از چند دقیقه است که باعث می‎شود این نوع از باتری برای اتومبیل بسیار مناسب باشد. این باتری‎ها همچنین می‎توانند در محیط‎هایی با دمای منهای 30 درجه سانتی‎گراد تا مثبت صد درجه سانتی‎گراد کار کنند. یک شرکت به نام Sakti3 مدعی است که توانسته نوعی از این باتری را با ظرفیت 1100 وات ساعت توليد کند که در حدود 50 درصد بهتر از باتری‎های لیتیوم-یون است. 

باتری‎های گرافن
باتری‎های گرافن نیز آینده صنعت باتری اتومبیل‎های برقی را متحول خواهند کرد. یک شرکت به نام Graphenano نوع جدیدی از باتری به‌نام Grabat را توليد کرده است که به خودروهای برقی اجازه می‎دهد با هر بار شارژ تا 800 کیلومتر مسافت را طی کنند. این شرکت می‎گوید این باتری را می‎توان طی چند دقیقه به‌طور کامل شارژ کرد. مدت زمان شارژ و دشارژ این باتری 33 بار سریع‎تر از باتری‎های لیتیوم-یون است. ظرفیت باتری 3/2 ولت Grabat نیز بسیار زیاد و در حدود 1000 وات ساعت (در مقايسه با 180 وات‌ساعت باتری‎های فعلی لیتیوم-یون) است.

شارژ سریع و از راه دور
شارژ بی‎سیم به‌شکلی که شما دستگاه خود را برای شارژ شدن روی یک صفحه مخصوص این کار قرار می‎دهید مدتی است که رایج شده است، اما در این روش مسائل و مشکلات مربوط به باتری و شارژ کردن آن همچنان وجود دارد. یکی از اصلی‎ترین مشکلات شارژرهای به اصطلاح بی‎سیم امروزی مدت زمان شارژ شدن باتری است که در بعضی مدل‎ها زمان شارژ شدن حتی از روش سنتی (سیمی‎) نیز بیشتر طول می‎کشد. شارژر StoreDot که با تلفن‎های هوشمند فعلی سازگار است توسط یک استارت‌آپ متولد شده و از بخش فناوری نانو دانشگاه تل آویو توسعه یافته است. این شارژر فوق سریع که ظرف 30 ثانیه موبایل شما را شارژ می‎کند از یکسری نیمه هادی بیولوژیکی ساخته شده از ترکیبات آلی طبیعی به‌نام پپتید (زنجیره‎های کوتاهی از اسیدهای آمینه) استفاده می‎کند.

چیزی شبیه به موادی که بدن سازان برای رشد سریع‎تر عضلات خود استفاده می‎کنند. قرار است StoreDot با قیمت تقریبی 30 دلار در سال 2017 روانه بازار شود. دسترسی نداشتن به پریز برق نیز یکی دیگر از مشکلات شارژرهای امروزی است. شرکت آلکاتل موبایلی را معرفی کرده است که روی صفحه نمایش آن به یک پنل خورشیدی شفاف مجهز است که به کاربر اجازه می‎دهد با قرار دادن موبایل خود در زیر نور خورشید آن را شارژ کند. قرار است به‌زودی تولید تجاری این نوع از موبایل‎ها آغاز شود. اگر می‎خواهید شارژ از راه دور واقعی را تجربه کنید، نگاهی به فناوری شارژ uBeam بیندازید. این شارژر برای انتقال الکتریسیته از امواج فراصوت استفاده می‎کند. برق برای انتقال ابتدا به این امواج صوتی تبدیل می‎شود و سپس برای شارژ دستگاه شما مجددا به برق تبدیل می‎شود. انتظار می‎رود uBeam اوایل سال 2017 روانه بازار شود.

گوگ، اپل و تسلا
تنها دانشمندان و استارت‌آپ‎ها نیستند که برای بهبود وضعیت عمر باتری گجت شما کار می‎کنند. گوگل اخیرا یکی از متخصصان قبلی باتری شرکت اپل را استخدام کرده است تا روی فناوری‎های جديد صنعت باتری کار کنند. شركت تسلا نیز دائما ابداعاتی را برای کاهش فضای اشغال شده توسط باتری‎ها انجام می‎دهد تا میزان کارایی و راندمان اتومبیل‎های برقی خود را افزایش دهد. شایعاتی نیز مبنی بر تلاش جدی اپل برای کار روی فناوری باتری به‌ویژه برای خودروی اپل به گوش می‎رسد. باید منتظر بود و دید تلاش بزرگان فناوری چه ارمغانی برای مصرف کنندگان در سال جدید میلادی خواهد داشت.