باتری با عمر مفید و شارژ سریع

باتری

 

ده ها شرکت در تلاش برای ایجاد نوع جدیدی از باتری هستند: افزایش ظرفیت انرژی ، عمر مفید ، شارژ سریع تر و تخلیه باتری در کمترین زمان ممکن. مبالغ هنگفتی در فناوری های جدید ذخیره انرژی سرمایه گذاری می شود - حدود 3 میلیارد دلار در سال. طبق برآورد بانک سوئیس UBS ، طی یک دهه آینده ، بازار ذخیره انرژی می تواند به 426 میلیارد دلار رشد کند . فناوری پیشرفته در مورد توسعه فن آوری های ذخیره انرژی صحبت می کند و اینکه چرا همه چیز به استخراج عناصر گران قیمت بستگی دارد.
 

فناوری های جدید چه وظایفی را حل می کنند

برای ایجاد فناوری یون لیتیوم ، سه دانشمند در سال 2019 جایزه نوبل شیمی را دریافت کردند . در واقع ، به لطف اختراع آنها ، امکان استفاده از تجهیزات قابل حمل (لپ تاپ ها ، تلفن های هوشمند ، تبلت ها) گسترش یافته است. امروزه تقاضای بیشتر و بیشتری به دستگاه های ذخیره انرژی وارد می شود و این امر جستجوی فناوری های جدید را برمی انگیزد.
 
تعادل بین اندازه ، عملکرد انرژی و قیمت مهم است. دو پارامتر اول را می توان در طیف گسترده ای تنظیم کرد ، اما قیمت همچنان یک مانع جدی است. و فناوری هایی که از لیتیوم استفاده می کنند در برابر محدودیت آن قرار دارند: در طبیعت لیتیوم زیادی وجود ندارد و استخراج آن بسیار گران است. پیشرفت در سالهای اخیر بیشتر مربوط به بهره وری انرژی است تا کیفیت. اگرچه تحولات زیادی وجود دارد ، اما نوآوری ها با این سرعت به بازار انبوه نمی رسند.
 
توسعه باتری برای حمل و نقل الکتریکی ، فناوری انبار و صنعت فضایی بسیار سریعتر اتفاق می افتد. دستیابی به موفقیت در فناوری نیز در بازار انبوه رخ خواهد داد ، اما برای این امر ، تولیدکنندگان موبایل باید خودمختاری دستگاه را به عنوان عنصر اصلی ارزش افزوده انتخاب کنند. با این حال ، انتظار طولانی خواهد بود. آژانس بین المللی انرژی تخمین می زند که باتری لیتیوم در دهه های آینده به عنوان اصلی ترین فناوری باقی بمانند. انتظار می رود تحولات جدید زودتر از سال 2025 وارد بازار شود . اما پایه و اساس تغییرات آینده با روند اصلی در فناوری شارژ سریع ، کوچک سازی و افزایش عمر باتری در حال ایجاد است.
 

استارت آپ برای شارژ سریع

فناوری شارژ سریع شامل سه نکته اصلی است: الگوریتم های شارژ ، پارامترهای انرژی و سطح مقطع هادی. اگر ما در مورد فناوری تلفن همراه صحبت می کنیم ، شارژ آن به معنی انواع اتصالات و کابل ها نیست. Type-C به استاندارد صنعت تبدیل شده است ، بنابراین الگوریتم های شارژ مانند Power Delivery و Quick Charge در حال مطرح شدن هستند.
 
وظیفه اصلی آنها اطمینان از انتقال انرژی بیشتر از طریق همان سیم ، بدون تجاوز بیش از مقادیر جریان مجاز (حداکثر 3 A) است. اما دستگاه نباید در هنگام شارژ بیش از حد گرم شود ، بنابراین امروزه آنها نه تنها بر افزایش ولتاژ شارژ ، بلکه همچنین بر روی ایجاد الگوریتم های خاص تمرکز دارند که به تدریج قدرت را کاهش می دهند (زیرا باتری میزان شارژ را بازیابی می کند). علاوه بر این ، فناوری شارژ سریع در حال تبدیل شدن به یکی از نکاتی است که "اتصال" مصرف کننده به اکوسیستم یک تولید کننده خاص را تضمین می کند.
 
باتری های تازه تاسیس کانادایی در تلاشند تا با استفاده از هوش مصنوعی مشکل شارژ سریع  را حل کنند . شارژ سریع به لطف میکروپالس های پی در پی جریان مداوم در حال تغییر صورت می گیرد. الگوریتم های هوشمندی در ایستگاه های شارژ تعبیه شده است: آنها دقیقاً زمان ارسال ضربه بعدی را تعیین می کنند و سطح ولتاژ را تعیین می کنند تا به باتری ها آسیب نرساند. قرار است این فناوری با نسل فعلی باتری های لیتیوم یون ترکیب شود. برنامه ریزی شده است که به لطف این ایده ، باتری های اتومبیل های الکتریکی در عرض 5-10 دقیقه قادر به شارژ مجدد هستند. کانادایی ها در حال توسعه ایستگاه های شارژ تجهیزات دیگر هستند.
 
فناوری شارژ سریع نیز توسط استارت آپ StoreDot  ارائه شده است. آنها به جای اصلاح نحوه کارکرد شارژر ، به شیمی باتری خود روی آوردند. به جای گرافیت ، قلع ، ژرمانیوم و سیلیسیم در ترکیب با ترکیبات آلی استفاده می شود. شارژ باتری به کار رفته در اسکوتر برقی فقط در مدت پنج دقیقه دوباره پر شد . متخصصان در حال تولید باتری تلفنی هستند که می تواند به همین سرعت شارژ مجدد شود. از سرمایه گذاران این استارتاپ می توان به مرسدس دایملر و سامسونگ اشاره کرد . با این حال ، دوباره سوال درباره  قیمت است - در ابتدا باتری ها قطعاً ارزان نخواهند بود.
 

نوید راه اندازی باتری فوق العاده نازک

اگر در مورد باتری های لیتیوم صحبت کنیم ، وظیفه تولید باتری با ضخامت حدود 1 میلی متر کاملاً عملی است. اما اگر حفظ ظرفیت لازم باشد ، حجم فیزیکی ماده فعال در باتری باید بدون تغییر باقی بماند. نتیجه یک باتری باریک اما بسیار پهن است. در عین حال ، شاخص های بهره وری انرژی دستگاه کمتر از "همتایان" استاندارد آن خواهد بود.
 
بنابراین ، باتری های لیتیوم بسیار نازک فقط در مناطق خاصی از ابزار دقیق مورد نیاز هستند. وقتی صحبت از بازار انبوه می شود ، دستگاه های جمع و جور همیشه مورد تقاضا هستند. به عنوان مثال ، در خط باتری های خارجی شبکه توزیع فدرال Energon ، مدل Revolter 5000 فقط 5 میلی متر ضخامت دارد ، و چنین ابعادی توسط مصرف کنندگان به عنوان یک قالب بسیار نازک درک می شود.
 
از جمله فناوری هایی که به شما امکان می دهد ظرفیت باتری را در عین کاهش اندازه حفظ کنید ، شرکت های نوپا از ژاپن هستند. به عنوان مثال ، 3Dom (استارتاپی که در سال 2014 در دانشگاه توکیو ظاهر شد). این برنامه ها تا سال 2022 شامل تولید باتری های فلزی لیتیوم می شود که با همان ابعاد کارآیی بیشتری نسبت به باتری های لیتیوم یون مدرن دارند.
 
فناوری ژاپنی مبنی بر جایگزینی مواد کربن با لیتیوم فلزی است. این شیمی تراکم انرژی بالاتری را ایجاد می کند ، اما در عین حال خطر اتصال کوتاه و آتش سوزی را افزایش می دهد.
 

استارت آپ: برای عمر طولانی

 به دلیل هزینه تمام شده در LTO یا NMC ، چنین باتری هایی در دسترس مصرف کنندگان عمومی نیست. و تاکنون هیچ پیش شرطی وجود ندارد که وضعیت به زودی تغییر کند.
 
اما تغییراتی در حال وقوع است - نه تنها در زمینه شیمی دستگاه ، بلکه همچنین در کنترل کننده ها ، مدیریت شارژ و بازده انرژی دستگاه ها. به صورت ترکیبی کار می کنند ، عمر باتری ها به طور قابل توجهی افزایش می یابد. حتی الون ماسک ، عاشق وعده های جسورانه ، اعتراف کرد که بهبود باتری های لیتیوم یون امیدوار کننده تر است و به دنبال فن آوری های کاملا جدید نیست.
 
از جمله فن آوری های جدیدی که قرار است به بازار عرضه شود ، باتری است که در آن فلزات گران قیمت با مواد ارزان و معمولی جایگزین می شوند. به عنوان مثال ، استارت آپ آمریکایی Conamix قول حذف کبالت ، عنصری را می دهد که در کنگو استخراج می شود. دولت این جمهوری دائماً مالیات مواد اولیه را افزایش می دهد. در تحولات کنونی می خواهد  محتوای این فلز در باتری برای وسایل نقلیه الکتریکی از 20٪ به 4٪ را کاهش دهد.
 

چگونه باتری ها مانع توسعه فن آوری های امیدوار کننده می شوند

متأسفانه ، پیشرفت کند در زمینه باتری های ذخیره سازی ، توسعه صنایع مرتبط را از بسیاری جهات محدود می کند. تلفن های هوشمند ، لپ تاپ ها ، وسایل نقلیه الکتریکی از نظر فنی توسعه می یابند و به انرژی بیشتر و بیشتری نیاز دارند. به عنوان مثال ، کاربر فعال باتری تلفن هوشمند به مدت کافی برای 6-8 ساعت است. علاوه بر این ، به طور متوسط ​​، یک کاربر 10-12 برنامه هر روز باز می کند. در این راستا ، توسعه دهندگان گوشی های هوشمند برنامه های کم مصرف را انتخاب می کنند. برخی از تولیدکنندگان به طور پیش فرض برنامه ها را در سیستم عامل می سازند ، در حالی که برخی دیگر انتخاب را به عهده خود کاربر می گذارند - آنها بارگیری را پیشنهاد می دهند. در صورت در دسترس بودن باتری های کارآمد ، امکان استفاده از برنامه ها افزایش می یابد.
 
حوزه دیگر انرژی خورشیدی است. اکثر نصب ها فضای زیادی را اشغال می کنند و گران هستند. یک واقعیت معروف: بیشتر هزینه استقرار سیستم های خورشیدی مربوط به خرید باتری هایی است که انرژی را ذخیره می کنند. بنابراین ، سیستم های ذخیره سازی ارزان و کارآمدتر انرژی می توانند کاربرد گسترده تری از فناوری های سبز را امکان پذیر کنند.
 
جستجوی ذخیره انرژی کارآمد در زمینه انرژی خورشیدی نیز در حال انجام است. به عنوان مثال ، محققان در دانشگاه استنفورد گزینه دیگری را پیشنهاد می دهند - استفاده از سیستم های بیولوژیکی. این فناوری شامل استخراج متان با استفاده از باکتری Methanococcus maripaludis است. سپس برنامه ریزی شده است که به لطف زیرساخت های موجود به برق تبدیل شود.
 
دلایل مختلفی باعث شده است که باتری های جدید کار آمدتر را مانع شوند. یکی از آنها هزینه توسعه بسیار بالا است. طبق تحقیقات  ، به طور متوسط ​​در طول هشت سال (با 40 میلیون دلار) طول می کشد تا یک استارت آپ به دنبال راه حل های جدید ذخیره سازی و حمل و نقل انرژی باشد . به عنوان مثال، شرکت ژاپنی سازمان توسعه فناوری صنعتی جدید انرژی  90 میلیون برای ایجاد یک نوع جدیدی از باتری  اختصاص داده است. اما بیشتر اوقات ، شرکت های نوپا مجبور به جستجوی بودجه می شوند.
 
تکرار تحولات جدید حتی بیشتر هزینه خواهد داشت. تخمین زده می شود که برای ایجاد یک خط تولید جدید و حل مشکلات مربوط به آن ، حدود 500 میلیون دلار هزینه لازم است .معرفی فن آوری های جدید سریع نیست. پس از همه، بیش از 10 سال  از زمان ایجاد باتری های لیتیوم یون پایدار از شروع تولید انبوه گذشته است.

 

نظرات

برای ارسال نظر باید وارد حساب کاربری شوید. ورود یا ثبت نام

بیشتر بخوانید