حکمرانی باتری‌ها در دنیای امروز

۵۵آنلاین : 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. تمام باتری‌ها یکسری 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، نوعی 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. زمانی که باتری را شارژ می‌کنید، این فرآیند برعکس شده و الکترون‌ها به سمت آنود فرستاده می‌شوند.

در سراسر کشور بریتانیا، حدود ۵۰۰ 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 سراسر دنیا نیز قرار است تا سال ۲۰۲۰ به ۵۰ گیگا وات برسد و تا ۲۰۴۰ از هزار گیگاوات نیز عبور خواهد کرد. رسیدن به چنین هدفی برابر با تامین شدن ۷ درصد از ظرفیت انرژی جهان خواهد بود. 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. توسعه 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 تجدیدپذیر را بیشتر از قبل و با قیمت نسبتا کمتر در اختیار مردم 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.

سه سال پیش، ایلان ماسک با معرفی نسخه‌ای از خودروی الکتریکی 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 ۲۵ درصد از سهام بازار جهانی باتری‌های خانگی را در اختیار دارد، اعلام کرده که بیشتر مشتریان کنونی این شرکت افرادی هستند که در مناطق بادخیز زندگی می‌کنند و پنل‌های تبدیل انرژی‌های بادی و خورشیدی را در منازل خود نصب کرده‌اند. این افراد به دنبال داشتن یک منبع پشتیبان و جایگزین برای تهیه انرژی موردنیاز خود هستند و به همین دلیل از خدمات این شرکت استفاده می‌کنند. کریستوف اوسترمن، مدیر ارشد شرکت Sonnen می‌گوید این بازار نوظهور، فعلا در مراحل بسیار ابتدایی خود به سر می‌برد. آلمان، ایتالیا، استرالیا و آمریکا از جمله کشورهایی هستند که در آنها بازار استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر خانگی فعال است.

طبق گفته هنریک فیسکر، موسس شرکت خودروسازی الکتریکی Fisker Automotive، ما فعلا در ابتدای مسیر توسعه نسل دوم خودروهای باتری‌دار هستیم. وی معتقد است مقرون به‌صرفه بودن و کارآیی مناسب خودرو در فاصله بین دو شارژ، از قابلیت‌های مهم یک خودروی الکتریکی محسوب می‌شود. فیسکر معتقد است که این صنعت حدود سال‌های ۲۰۲۰ تا ۲۰۲۱ شکوفا خواهد شد و مدل‌های متنوع‌تر بیشتری به بازار عرضه می‌شود. وی همچنین اشاره کرده که عملیات‌های شارژ پرسرعت می‌تواند صنعت خودروسازی الکتریکی را متحول کند. برای شارژ یک خودروی الکتریکی در خانه، کاربر باید بین ۸ تا ۱۰ ساعت زمان صرف کند اما با استقرار برخی از ایستگاه‌های شارژ عمومی جدید، این زمان به ۱۰ دقیقه کاهش پیدا کرده است.

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.

عنصر اصلی باتری‌های یونی- لیتیومی کنونی، کُبالت است. بیش از ۶۰ درصد از عنصر کبالت در جمهوری کنگو تولید می‌شود، منطقه‌ای که بسیاری از محققان، درباره تاثیرات استخراج و معدن‌کاری 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 تولید‌کننده، یکی دیگر از دغدغه‌هاست. همچنین اینکه چه بر سر باتری‌ها بعد از تمام شدن عمرشان می‌آید نیز مساله قابل‌تاملی است که نمی‌توان آن را نادیده گرفت. بیشتر باتری‌ها، عمر مشخصی دارند و با گذشت زمان از کارآیی 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.

اما مهم‌ترین اتفاقی که با قدیمی شدن یک باتری روی می‌دهد، کاهش کیفیت مواد روی الکترود آند است که با گذشت زمان کارآیی خود را از دست می‌دهند. اکسیداسیون روی کاتد نیز اتفاق می‌افتد و مواد تشکیل‌دهنده فعال باتری نیز با گذشت زمان بی‌کیفیت‌تر شده و به‌درستی واکنش موردنیاز 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.

اینکه یک باتری چطور مورد استفاده قرار گرفته، روی پروسه کاهش کیفیت آن تاثیر زیادی دارد. به‌عنوان مثال، با در معرض گرما قراردادن باتری یا صدمه فیزیکی به باتری، از عمر آن کم می‌شود که این مساله بیشتر در مورد خودروهای الکتریکی مشاهده می‌شود تا دیگر ابزارهای دیجیتالی. افزایش سرعت شارژ یا مصرف شارژ نیز می‌تواند عمر باتری را به‌شدت کاهش دهد. همچنین شارژ باتری‌ها تا میزان ۱۰۰ درصد یا خالی شدن کامل آن به میزان صفر درصد، کیفیت آن را کاهش می‌دهد. شرکت‌ها سخت مشغول افزایش ظرفیت باتری‌ها هستند و هم‌زمان تلاش می‌کنند تا هزینه‌های ساخت نسل جدیدی از باتری‌ها نیز کاهش پیدا کند که چالش بزرگی محسوب می‌شود. طبق گفته محققان، ۱۰ 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.