باتری‌های آینده آتش نمی‌گیرند
Mike Zimmerman علاقه زیادی به قافل‌گیر کردن مهمانان خود دارد، او با استفاده از یک چکش، میخی را درون یک باتری فلزی از جنس لیتیوم پلیمر جامد، فرو می‌کند اما هیچ اتفاقی نمی‌افتد و این یک خبر خیلی خوب است.
باتری جدید آقای “Zimmerman” جهش جدیدی در باتری‌های لیتیوم-یونی به حساب می‌آید، این نسل از باتری‌ها مصارف گسترده‌ای از اسمارت‌فون‌ها گرفته تا خودروها دارند. همانطور که همه در جریان باتری‌های مشتعل شرکت سامسونگ هستند، باتری‌های لیتیوم-یونی مانند بمب‌های ساعتی هستند. در صورت به وجود آمدن نوعی اتصال در این باتری‌ها، مایع درون این باتری‌ها ممکن است منفجر شود. و البته فرو کردن سوزن در این باتری‌ها به هیچ وجه توصیه نمی‌شود!
با در ذهن داشتن این قضیه، نمایش آقای “Zimmerman” توجهات بیشتری را به سوی خود جلب می‌کند. استارت‌آپ جدید او در شهر “Woburn” که در زمینه مواد یونی فعالیت می‌کند، در آخرین مراحل طراحی باتری‌های ایمن قرار دارد. شرکت در حال ساخت نوعی باتری از جنس لیتیوم پلیمر “جامد” است که تا حد زیادی ماهیت احتراق پذیری باتری‌ها را کاهش می‌دهد.
یک باتری فلزی از جنس لیتیوم پلیمر جامد زمانی که به مرحله تجاری سازی برسد، به طراحان الکترونیکی اجازه‌ی اعمال خلاقیت بیشتری در زمینه طراحی خواهد داد چون مواد پلاستیک مانند(پلیمر) در ساخت تولید بدنه‌های کوچک‌تر و قابل انعطاف‌تر به آنها کمک ویژه‌ای خواهد کرد و البته مکانیزم‌های ایمنی کمتری مورد استفاده قرار خواهد گرفت.
آقای Zimmerman در اینباره گفت: “رویای من ساخت باتری‌های جامد بی نقص است”. پس از 4 سال تحقیق و توسعه، او باور دارد که تقریبا به نتایج مورد نظر رسیده و امیدوار است در یکی دو سال آینده به مرحله تولید انبوه برسند. مواد یونی یکی از موارد تحقیقاتی علمی و تجاری جدید در ایالات متحده، اروپا و آسیا به حساب می‌آید و همانطور که مصرف کنندگان به دنبال سرعت و امنیت بیشتر در خودروها و اسمارت‌فون‌ها هستند، دانشمندان به دنبال ساخت تکنولوژی‌های جدید در بخش باتری‌ها با استفاده از این مواد هستند.
در سال گذشته شرکت‌های “Seeo” و “Sakti” که از رقبای آمریکا در بخش تولید باتری‌ها به حساب می‌آیند، توسط شرکت آلمانی “Bosch” و شرکت ساخت جاروبرقی بریتانیایی “Dyson” برای بهره‌گیری از تکنولوژی‌هایشان به خدمت گرفته شده‌اند.
در سپتامبر امسال زمانی که سازمان انرژی ایالت متحده اعلام کرد که به منظور حمایت از تحقیقات در زمینه تکنولوژی‌های نسل جدید در بخش انرژی، 16 جایزه را با هدف سرعت بخشی در زمینه گسترش تکنولوژی‌های مرتبط با باتری‌های جامد در نظر گرفته، توجهات به سمت باتری های جامد افزایش پیدا کرد. یکی از این جوایز، قرارداد 3 میلیون دلاری به منظور توسعه مواد یونی بود.
شواهد نشان می‌دهد که پس از ده‌ها سال پیشرفت بی‌نهایت کند در بخش باتری‌ها، امسال باتری‌ها در حال حرکت به سمت نسل جدیدی ازعلوم مرتبط با مواد هستند. از لحاظ تاریخی، باتری‌ها دارای حداقل پیشرفت در بخش قطعات کامپیوتری بوده‌اند. در 150 سال اخیر، تنها تعدادی باتری شیمیایی قابل شارژ به مرحله تولید انبوه رسیده‌اند.
“Ilan Gur” مدیر پروژه “Cyclotron Road” که پروژه‌ای به منظور حمایت از نوآوران در بخش انرژی در آزمایشگاه ملی “Berkeley” به حساب می‌آید، می‌گوید: “این یک چالش عظیم است. پیشرفت در زمینه باتری با سرعت کمی اتفاق می‌افتد، و همچنین پیشرفت در بخش باتری‌های شیمیایی بسیار مشکل شده است”. او به ناامیدی‌ها در توسعه باتری‌ها در صد سال گذشته نیز اشاره کرد.
توماس ادیسون در مصاحبه‌ی صوتی خود در سال 1883 درباره ناامیدی در بخش تکنولوژی صحبت می‌کند. “باتری‌ها یکی از آن چیزهای عجیب و غریبی است که به ذهن می‌رسد، و متاسفانه هیچ گاه طبق انتظارمان پیشرفتی در بخش باتری‌ها نمی‌بینیم و هرساله محصول مشابه قبلی را مشاهده می‌کنیم”. Tony Fadell مهندس الکترونیکی که در ساخت آیپاد و آیفون نقش اساسی داشت و بعدا شرکت “Nest” را تاسیس کرد، درباره پیشرفت باتری‌ها اینگونه توضیح می‌دهد: “تنها پیشرفتی در زمینه باتری‌ها که در طول دوران کاری‌ام دیده‌ام، باتری‌های لیتیوم یونی حدود 18 سال پیش بود. بعضی وقت‌ها احساس می‌کنم که انتظار دیگر بی‌فایده است”.
باتری‌های یونی
باتری‌های لیتیوم یونی در سال 1991 و توسط شرکت سونی معرفی شدند و برتری‌های چشم‌گیری در بخش ظرفیت و قابلیت شارژ را در مقایسه با باتری‌های نیکل-کادمیومی قابل شارژ آن زمان نشان می‌دادند.
اما به دلیل خرابی‌هایی که معمولا در آنها رخ می‌دهد، دو مرتبه باعث فراخوانی گسترده دستگاه‌های حاوی این باتری‌ها توسط شرکت‌های سازنده شده‌اند. مورد اول مربوط به شرکت سونی است که در سال 2000 با آتش سوزی در لپ‌تاپ‌ها مواجه شد و مجبور به فراخوانی 4.2 میلیون لپ‌تاپ در سال 2006 شد که تا به امروز بزرگترین فراخوانی محصولات الکترونیکی به حساب می‌آید.
اینبار، فراخوانی اسمارت‌فون‌های گران قیمت Note 7 شرکت سامسونگ به دلیل آتش سوزی، جدیدترین خبر در این بخش به حساب می‌اید. خریداران در سراسر دنیا گفته‌اند که گوشی‌ها ناگهان آتش می‌گیرند. دلیل این اتفاق هنوز واضح نیست. سخنگوی سامسونگ گفته که شرکت ساسمسونگ هنوز ارزیابی‌های دقیق درباره دلیل اصلی آتش سوزی باتری‌ها را به پایان نرسانده است.
بسیاری از متخصصین در زمینه باتری‌ها می‌گویند که دلیل اصلی این اتفاق، تمایل شرکت سامسونگ برای ساختن “پکیج‌های باتری باریکتر” بوده است که منجر به طراحی جداکننده‌های فوق نازک شده، این جدا کننده‌ها از برخورد الکترودها به طور مستقیم به یکدیگر جلوگیری می‌کند. طراحی این جداکننده‌ها به شکل خیلی نازک، احتمالا منجر به ایجاد جریان تماس کوتاه و در نتیجه آتش‌سوزی شده است.
استفاده از الکترولیت‌های مایع در باتری‌های لیتیوم یونی یک نقص بالقوه ذاتی به حساب می‌آید. این باتری‌ها بر پایه الکترولیت ساخته شده‌اند، الکترولییت ماده‌ای است که به منظور اطمینان از حرکت یون‌ها در بین الکترون‌ها هنگامی که باتری شارژ می‌شود، استفاده می‌شود.
بیش از یک دهه است که تلاش برای یافتن ماده‌ی جایگزین جامد و دارای قابلیت اشتعال کم، ادامه داشته است. امید است که پلیمر‌های جامد بتوانند جایگزین الکترولیت‌های مایع بشوند، اما متاسفانه هنوز به مرحله تجاری سازی نرسیده‌اند، البته به استثنای باتری لیتیوم پلیمری استفاده شده در خودرو‌ی “Bollore” شرکت فرانسوی تولید کننده خودروهای الکتریکی.
اما این تکنولوژی برای استفاده در خودروهای الکتریکی در نظر گرفته شده و در دمای اتاق(حدودا 20 درجه سلسیوس) قابل استفاده نخواهد بود. برای استفاده از آنها گرمایی در حدود 192 درجه نیاز خواهد بود. حقیقتی که در مورد تمامی باتری‌های لیتیوم پلیمر فلزی صدق می‌کند.
قابلیت استفاده در دمای اتاق تنها یکی از مزیت‌های مواد یونی به شمار می‌آید. پلیمر جدید آن نیز قابلیت حرکت دادن یون‌ها بین کاتد باتری و الکترودها را دارد، دقیقا با همان کیفیتی که الکترولیت‌های مایع آن را انجام می‌دهند و یا حتی بهتر.
تخصص آقای Zimmerman در بخش نیمه رساناها است. او در آزمایشگاه “Bell Labs” و شرکتی به نام “Quantum Leap Packaging ” فعالیت داشته است. چندین محقق دانشگاهی که با این شرکت همکاری داشته‌اند، عقیده دارند که تجربیات او منجر به کشف تکنولوژی خواهد شد که دستاوردی ارزشمندتر از تکنولوژی باتری‌های پلیمری و سرامیکی امروزه خواهد بود.
“Jay Whitacre” فیزیکدان دانشگاه “Carnegie Mellon” که در بکارگیری مواد یونی نقش مهمی داشته و از محققین ارشد در سازمان “Aquion Energy” (شرکت تولیدکننده باتری‌های خانگی و صنعتی) به حساب می‌آید، در این رابطه گفت: “نکته جالب در مورد مایک و دوستانش این است که از تکنیک‌های تولید شناخته شده‌ای استفاده می‌کنند که در صنعت بسته بندی نیمه‌هادی همیشه از آن استفاده کرده‌اند”.
به نظر می‌رسد پیشرفت‌های جدید منجر به ظهور تکنولوژی‌های جدیدی شده و به این نتیجه می‌رسیم احتمالا باتری‌ها بالاخره از ظرفیت همیشگی خود فراتر خواهند رفت. “Paul Albertus” یکی از مدیران برنامه پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته سازمان انرژی آمریکا می‌گوید: “ما در دوران طلایی ظهور پیشرفت‌های شیمیایی قرار داریم که در 30-40 سال اخیر نظیر آن را مشاهده نکرده‌ایم. پیشرفت تکنولوژی‌های مرتبط با ذخیره انرژی بسیار هیجان‌انگیز خواهد بود.”
منبع : itiran
