چرا جهان به باتری‌های جدید نیاز دارد؟

جهان در حال ایجاد ظرفیت بیشتری برای انرژی های تجدیدپذیر، به ویژه انرژی خورشیدی و بادی است که با آب و هوا می آیند و می روند. بنابراین ما باید بتوانیم انرژی ذخیره کنیم.

به گزارش تکناک، تا سال ۲۰۲۰، انرژی هیدروالکتریک بیش از ۹۰ درصد ذخیره انرژی در سراسر جهان را به خود اختصاص داده است.

در حالی که آب روشی ارزان و موثر برای ذخیره انرژی است، اما نگرانی های زیست محیطی و محدودیت های عمده ای در مورد محل تجهیزات مربوط به آن وجود دارد، ضمن آنکه به حجم زیادی از آب نیاز است.

بیشتر ظرفیت ذخیره‌ انرژی باقی مانده امروزی را باتری ها تشکیل می‌دهند و احتمالاً بخش عمده رشد بازار ذخیره‌سازی انرژی را نیز در دهه‌های آینده تشکیل خواهند داد.

امروزه باتری‌های لیتیوم یونی مشابه باتری‌های که درگوشی یا خودروی الکتریکی شما وجود دارد رایج‌ترین نوع باتری ها هستند.

در طول دهه‌ها توسعه و مقیاس‌بندی، باتری‌های لیتیوم یونی ارزان‌تر شده‌اند و ظرفیت تولید افزایش یافته است، به‌طوری‌که ظاهراً یک هفته در میان هزاران کارخانه باتری‌های جدید در سرتاسر جهان ظاهر می‌شوند.

اما چند ناهماهنگی بین نقاط قوت لیتیوم یونی و آنچه در باتری ها برای ذخیره انرژی ثابت مورد نیاز است وجود دارد.

• قیمت: ذخیره سازی در مقیاس شبکه برای کمک به مقرون به صرفه بودن انرژی های تجدید پذیر باید ارزان باشد. سال گذشته، وزارت انرژی ایالات متحده هدفی را برای کاهش ۹۰ درصدی هزینه‌ها تا سال ۲۰۳۰ تعیین کرد. باتری‌های لیتیوم یونی در طول سال‌ها ارزان‌تر شده‌اند، اما دستاوردها ممکن است به به بن بست برسد، به‌ویژه با توجه به کمبود احتمالی مواد مورد انتظار.

• اندازه: باتری های لیتیوم یونی انرژی زیادی را در یک فضای کوچک قرار می دهند. اما در حالی که اندازه باتری برای چیزهایی مانند تلفن ها و اتومبیل ها مهم است، برای ذخیره انرژی در مقیاس شبکه چندان مهم نیست. توافق برای چگالی انرژی در ایستگاه های ثابت می تواند به معنای هزینه کمتر باشد.

• طول عمر: کارخانه‌های صنعتی اغلب با تجهیزاتی نصب میشوند که در صورت نگهداری، بتوانند چندین دهه دوام ‌آورند. باتری های لیتیوم یونی معمولاً هر ۵ تا ۱۰ سال یکبار نیاز به تعویض دارند که می تواند گران باشد.

نمک داغ چگونه می تواند کمک کند ؟

با عدم تطابق بین باتری‌های لیتیوم یونی و نیازهای ذخیره‌سازی انرژی در آینده، به نظر می‌رسد همه در حال کار روی یک راه جایگزین برای ذخیره بهینه تر انرژی هستند. باتری‌های آهن-هوا و جریان آهن، باتری‌های پلاستیکی و حتی استفاده از دی اکسید کربن فشرده برای ذخیره انرژی از جمله این راه حل های جایگزین هستند.

اکنون، فناوری دیگری در حال عبور از آزمایشگاه به دنیای تجاری است: نمک مذاب.

Ambri یک استارت آپ در منطقه بوستون است که باتری های نمک مذاب را از کلسیم و آنتیموان می سازد. این شرکت اخیراً یک پروژه خود را برای استقرار ایستگاه های ذخیره انرژی برای مراکز داده مایکروسافت اعلام کرد و سال گذشته بیش از 140 میلیون دلار برای افزایش ظرفیت تولید خود جمع آوری کرد.

این شرکت می گوید فناوری آن می تواند در طول عمر خود ۳۰ تا ۵۰ درصد ارزان تر از یک سیستم لیتیوم یونی معادل باشد. باتری‌های نمک مذاب همچنین می‌توانند از ۸۰ درصد راندمان فراتر بروند، به این معنی که مقدار نسبتاً کمی از انرژی که برای شارژ باتری استفاده می‌شود در اثر گرما از دست می‌رود.

Ambri در سال 2010 بر اساس تحقیقات آزمایشگاه دونالد سادووی در MIT تاسیس شد. دیوید بردول، موسس و مدیر ارشد فناوری شرکت، می‌گوید هدف،توسعه یک محصول کم‌هزینه برای بازار ذخیره‌سازی ثابت بود.

ایده اولیه از یک مکان دور از ذهن آمده است: تولید آلومینیوم. این تیم با استفاده از واکنش های شیمیایی مشابه آنچه برای ذوب آلومینیوم استفاده می شود، یک سیستم ذخیره انرژی کم هزینه در مقیاس آزمایشگاهی ساخت. اما تبدیل این مفهوم به یک محصول واقعی چندان ساده نبوده است.

تولید باتری بر پایه شیمی مبتنی بر منیزیم و آنتیموان که این شرکت آن را شروع کرد ثابت شد کاری دشوار بوده است. در سال ۲۰۱۵، پس از ادامه مشکلات در مورد مهر و موم باتری ها، آمبری یک چهارم کارکنان خود را اخراج کرد و به تخته نقشه کشی برای ادامه ایده پردازی بازگشت.

در سال ۲۰۱۷، این شرکت به رویکرد جدیدی برای باتری های خود با استفاده از کلسیم و آنتیموان روی آورد. برادول می‌گوید شیمی جدید بر مواد ارزان‌تر متکی است و باید ساخت آن ساده‌تر باشد. از زمان چرخش ایده، این شرکت اشکالات فنی را برطرف کرده و در تجاری‌سازی پیشرفت کرده است، آزمایش‌های ایمنی شخص ثالث را انجام داده و اولین قراردادهای تجاری خود از جمله مایکروسافت را امضا کرده است.

هنوز چالش‌های بزرگی برای استارت‌آپ وجود دارد. باتری ها در دمای بالا، بیش از ۵۰۰ درجه سانتیگراد کار می کنند و این موضوع موادی را که می توان برای ساخت آنها استفاده کرد را محدود می کند. در ضمن حرکت از سلول‌های تک باتری، که تقریباً به اندازه یک جعبه ناهار هستند، به سیستم‌های بزرگ به اندازه کانتینر می‌تواند چالش‌هایی را در کنترل سیستم و تدارکات ایجاد کند.

همانطور که برادول بیان می کند، واضح است که به کارگیری یک محصول در دنیای واقعی به معنای برخورد با چیزهایی است که در دنیای واقعی اتفاق می افتد. همه چیز از رعد و برق گرفته تا جوندگان می تواند نیاز به تعمیرات را در یک سیستم باتری جدید ایجاد کند.

حداقل یک چیز در دهه گذشته تغییر کرده است: بازار. برادول می‌گوید، سرمایه‌گذاران و حتی مشاهده کنندگان عادی مطمئن هستند که ذخیره انرژی یک نیاز حیاتی است. اکنون به نظر می رسد تنها سوال این است که صنعت چقدر سریع می تواند رشد کند.

زمان می برد تا Ambri و سایر تولید کنندگان تجهیزات باتری جدید تولید را افزایش دهند و ثابت کنند که جایگزین مناسب و مقرون به صرفه ای برای باتری های موجود خواهند داشت. همانطور که برادول می گوید، سفر ادامه دارد.