لوازم الکترونیکی همراه مانند موبایل، لپ تاپ و ساعت‌های هوشمند در ده سال گذشته پیشرفت زیادی داشته‌اند، اما همواره نیاز به نیروی الکتریکی آن‌ها را محدود نموده است. محدودیت باتری‌های قابل شارژ بر کارایی این وسایل و به ویژه خودروهای الکتریکی اثر گذاشته است. هرچند رشد باتری‌های الکتریکی در سالیان اخیر روندی لاک‌پشت گونه داشته است، اما امروز در آستانه یک انقلاب در زمینه باتری‌ها هستیم.
پیش‌تر شرکت‌های فناور محور برای جبران کاستی‌های باتری‌ها مجبور بودند تا چیپست هایی با فناوری‌های کم‌مصرف‌تر عرضه کنند. در مواردی نیز پروتکل‌هایی برای مصرف بهینه طراحی می‌نمودند تا حداقل سیکل استفاده از باتری به عمل آید. بعضی اوقات سیستم را در سیکل‌هایی به خواب می‌بردند تا در بازه زمانی فراخوانی اطلاعات صورت گرفته و پردازش لازم به صورت لحظه‌ای انجام گردد.
اما این رویه در انقلاب بعدی باتری‌ها محو خواهد شد. چنانچه باتری‌های آینده ظرفیت بیشتر، شارژ سریع‌تر و بی نیاز از سیم خواهند بود. در ادامه به بررسی پیشرفت‌های حاصله می‌پردازیم.
نانو الکترودهای کربنی هم‌تراز عمودی
شرکت ناوا تکنولوژی یک باتری پتنت را بر اساس معماری الکترودهای لوله کربنی بسیار سریع ارایه نموده است که گفته می‌شود یک انقلاب در زمینهٔ مارکت باتری‌ها باشد.
در این محصول لوله‌های نانو کربن به صورت معماری منحصربه‌فرد ناوا و به صورت عمودی در کنار هم قرار گرفته‌اند. این شرکت در خصوص عملکرد این باتری‌ها اعداد جالبی را منتشر کرده است.
از جمله مزایای عملکردی این باتری‌ها، افزایش ده برابری قدرت باتری، سه برابری ذخیره‌سازی و افزایش پنج برابری چرخه شارژ و دشارژ باتری نسبت به نمونه‌های لیتیومی است.
این شرکت بازار اولیه و اصلی این محصول را خودروهای الکتریکی معرفی نموده است. همچنین به علت استفاده از کربن این محصول قیمتی به‌مراتب کمتر از انواع لیتیومی خواهد داشت و دی‌اکسید کربن کمتری در نتیجه چرخه تولید آن مصرف خواهد شد و دیگر برای تولید مانند باتری‌های لیتیومی سه قاره را طی نخواهند نمود.
همچنین این شرکت بیان دارد که با استفاده از این تکنولوژی بازه حرکتی ۱۰۰۰ کیلومتری به یک قاعده در زمینهٔ خودروهای الکتریکی تبدیل خواهد شد. این نوع باتری می‌تواند با استفاده از ظرفیت‌های خود در عرض ۵ دقیقه تا ۸۰ درصد یک سلول باتری را شارژ نماید. این شرکت اولین عرضه خود را در سال ۲۰۲۳ انجام خواهد داد.
باتری لیتیوم یونی بدون کبالت
محققان دانشگاه تگزاس باتری لیتیوم یونی را تولید نموده‌اند که در کاتد خود از کبالت استفاده نخواهد نمود. در این پژوهش آن‌ها توانستند، با درصد بالایی نیکل (در حدود ۸۹ درصد) و استفاده از عناصری مانند منگنز و آلومینیوم باتری بدون عنصر گران کبالت به دست آورند. البته از دیگر دستاوردهای آن‌ها دوام بیشتر و توزیع یکسان یون‌ها بوده است.
شرکت اس-ولت باتری فاقد کبالت خود را برای خودروهای الکتریکی رونمایی می‌نماید
این شرکت باتری‌ساز چینی نیز توانسته است باتری‌های فاقد عنصر کبالت را برای استفاده در خودروهای برقی درست نماید. بنا به اظهارات سازنده این باتری دارای چگالی انرژی بالاتری نسبت به انواع مرسوم است. همچنین این باتری نیز می‌تواند دامنه‌ی ۸۰۰ کیلومتری را پوشش دهد. اگر چه هنوز کاربر خاص این باتری مشخص نشده است ولی این شرکت تأکید نموده است با یک سازنده بزرگ باتری در اروپا همکاری خواهد نمود.
یک‌قدم نزدیکتر تا باتری‌های لیتیوم یون آند سیلیکون
محققان دانشگاه فنلاند شرقی با هدف غلبه بر مشکل سیلیکون ناپایدار در باتری‌های یونی لیتیوم، روشی را برای تولید آند ترکیبی با استفاده از ریز ذرات میکرو سیلیکون و نانولوله‌های کربنی ایجاد کرده‌اند. در نهایت هدف این است که گرافیت را به عنوان آند در باتری‌ها جایگزین کرده و از سیلیکون استفاده کنند، این تغییرات باعث می‌گردد که ده برابر حالت عادی ظرفیت افزایش یابد. همچنین استفاده از این ماده ترکیبی عملکرد باتری را نیز بهبود می‌بخشد، تمامی این تغییرات در حالی است که ماده سیلیکونی پایدار از خاکستر پوسته جو تولید خواهد شد و قیمت پایینی خواهد داشت.
باتری‌های گوگرد لیتیوم
محققان دانشگاه موناش باتری لیتیوم گوگردی تولید کرده‌اند که می‌تواند به مدت ۵ روز یک تلفن هوشمند را تغذیه نماید. این باتری عملکرد بهتری نسبت به یون لیتیوم قبلی این تلفن همراه داشت. محققانی که این باتری را ساخته‌اند، پتنت خود را نیز ثبت اختراع نمودند و علاقه‌مند به تولید این محصول هستند.
این باتری اثرات زیست‌محیطی و هزینه تولید کمتری نسبت به نوع یون لیتیوم دارد. عملکرد این باتری نسبت به نوع لیتیوم یون به گونه ای است که اگر باتری جدیدی با همان حجم باتری لیتیوم یون باشد، توانایی تأمین انرژی یک وسیله نقلیه برای ۱۰۰۰ کیلومتر (۶۲۰ مایل) و یا تلفن هوشمند را برای ۵ روز فراهم می‌کند. این نوع باتری‌ها علاوه بر عملکرد بهتر نسبت به نوع لیتیوم یون تأثیرات مخرب محیط زیستی کمتری نیز دارند.
باتری با منبع آب دریا از شرکت IBM
غول فناوری IBM در هر عرصه‌ای اگر ورود کند بدون شک انقلابی در آن رخ خواهد داد. این شرکت توانسته است یک ترکیب شیمیایی با قابلیت ذخیره انرژی الکتریکی و عاری از فلزات سنگین را کشف نماید. این ترکیب پیش از آن در هیچ باتری استفاده نشده بوده و جالب آنکه می‌توان آن را از آب دریا به دست آورد.
عملکرد این باتری نسبت به نوع لیتیوم دار امیدوارکننده است و می‌تواند انرژی بیشتری را در حجم یکسان ذخیره نماید و ساخت آن با توجه به دسترسی به آب دریا ارزان‌تر و سریع‌تر نسبت به انواع لیتیوم یونی است.
شرکت IBM به همراه شرکت مرسدس بنز درحال توسعه این نوع باتری برای کاربری روی خودروهای الکتریکی هستند.
مدیریت باتری پاناسونیک
در حالی که باتری‌های لیتیوم یون در همه جا وجود دارند و موارد استفاده آن‌ها در حال رشد است، مدیریت این باتری‌ها، از جمله تعیین اینکه چه زمانی این باتری‌ها به پایان عمر خود رسیده‌اند، فرآیندی دشوار است. پاناسونیک با همکاری پروفسور Masahiro Fukui از دانشگاه Ritsumeikan، یک فناوری جدید مدیریت باتری را ارایه نموده است.
پاناسونیک می‌گوید با تغییر در سیستم مدیریت باتری، به راحتی می‌توان از فناوری جدید آن استفاده کرد، این امر نظارت و ارزیابی باتری‌های دارای چندین سلول انباشته شده را آسان‌تر می‌کند، مثالی از مواردی که ممکن است در یک ماشین الکتریکی پیدا کنید.
پاناسونیک بیان دارد که این سیستم با مدیریت بهتر، استفاده مجدد و بازیافت باتری‌های یون لیتیوم به حرکت در جهت پایداری کمک می‌کند.
مدولاسیون نامتقارن دما
در تحقیقاتی پیرامون روش شارژ بسیار سریع گام‌های خوبی به سمت این نوع شارژ (XFC) برداشته شده است که هدف آن برد ۳۲۰ کیلومتری با شارژ در حدود ۱۰ به میزان انرژی ۴۰۰ کیلو وات است. یکی از موارد شارژ، ورق‌های لیتیوم در باتری‌ها است. بنابراین در این روش مدولاسیون نامتقارن دما در دمای بالای شارژ انجام می‌شود تا صدمات پیش‌بینی شده آن‌ها را کاهش دهد.
گزارش شده است که این روش ضمن کاهش زمان شارژ، تخریب باتری را نیز کاهش می‌دهد.
باتری ماسه‌ای با سه برابر طول عمر بیشتر
در این فناوری باتری لیتیوم یون برای دستیابی به عملکرد سه برابر بهتر از باتری‌های لیتیوم گرافیت فعلی، از سیلیکون استفاده می‌کنند. ساختار این باتری‌ها هنوز مانند لیتیوم یون‌های مرسوم بوده، اما در آند آن به‌جای گرافیت از سیلیکون استفاده می‌شود.
سیلانانو یک شرکت نوپا در زمینهٔ تولید باتری است که این روش را به بازار عرضه می‌کند و شرکای سرمایه‌گذار بزرگی را از شرکت‌هایی مانند دایملر و بی ام و… دارد. این شرکت نوپا وعده می‌دهد که ۲۰ درصد عملکرد باتری‌های در حال حاضر یا ۴۰ درصد در آینده نزدیک افزایش یابد.
شارژ به‌وسیله امواج رادیویی wifi
در حالی که امروزه شارژ القایی بی‌سیم معمول شده است، اما توانایی گرفتن انرژی الکتریکی از Wi-Fi یا امواج الکترومغناطیسی دیگر، همچنان یک چالش است. با این‌حال، گروهی از محققان یک آنتن یک سو ساز (آنتن برداشت موج رادیویی) ساخته‌اند که فقط چندین اتم دارد و بسیار انعطاف‌پذیر است.
ایده این است که دستگاه‌ها می‌توانند پایه دی سولفید مولیبدن را در خود داشته باشند تا بتوانند جریان برق را از طریق Wi-Fi در هوا برداشته و به DC تبدیل کنند. حال این برداشت انرژی یا برای شارژ مجدد باتری و یا برای تغذیه مستقیم دستگاه‌ها خواهد بود. این فناوری علاوه بر کاربردهای دیجیتال می‌تواند در کاربردهای پزشکی و نانو ربات‌ها بسیار مفید باشد.
مجله اینترنتی تحلیلک
