رشد روز افزون تقاضا برای ذخیره انرژی برق و افزایش سرعت شارژ دوباره، محققان را بر آن داشته تا درصدد جایگزینی باتریهایی با فناوری پیشرفته به جای باتریهای کنونی باشند.
به گزارش شانا، امروزه ٦ نوع باتری در این زمینه در دست تحقیق و توسعه است که آخرین فناوریهای مطرح در باتریها به شرح زیر هستند:
باتریهای آلومینیومی
تحقیقات اخیر نشان می‌دهد باتریهای آلومینیومی منشا انقلاب جدیدی در فناوری موبایل خواهند بود. آخرین تحقیقات در دانشگاه استنفورد بعد از دهها سال وعده به کارگیری باتریهای آلومینیومی در تجهیزات موبایل را می‌دهد. این باتریها می‌توانند در کمتر از یک دقیقه شارژ شوند.
باتری آلومینیوم – یون جدید با کارآیی بالا نخستین کاربرد این فلز در باتریهایی است که عمر طولانی داشته و در زمان بسیار کوتاهی شارژ می‌شوند. باتری آلومینیومی جدید دانشگاه استنفورد می‌تواند تا ٧٥٠٠ مرتبه شارژ شود. باتریهای لیتیوم – یون متداول موبایل و لپ‌تاپ امروزی به طور معمول برای ١٠٠٠ مرتبه شارژ عمر می‌کنند.
البته باتریهای آلومینیومی جدید تا تجاری شدن فاصله دارند و یکی از این دلایل ولتاژ پایین‌تر آنها نسبت به باتریهای لیتیوم – یون است. (نصف ولتاژ باتری لیتیوم – یون)
به نظر می‌رسد ارتقای مواد به کار رفته در کاتد بتواند ولتاژ و دانسیته انرژی را در این باتریها بهبود دهد. صرف نظر از این دو مسئله باتری آلومینیومی همه ویژگیهای مورد انتظار از باتری از جمله ارزان بودن الکترودها، ایمنی بالا، شارژ سریع، انعطاف‌پذیری و طول عمر زیاد را تامین می‌کند.
مزایا: ارزان بودن، انعطاف‌پذیری، سرعت شارژ بالا، طول عمر شارژ بالا (تعداد دفعات قابل شارژ)، ایمن‌تر بودن و از همه مهمتر دوستدار محیط زیست بودن
معایب: ولتاژ پایین‌تر آنها نسبت به باتریهای لیتیوم – یون فعلی (نصف ولتاژ باتری لیتیوم – یون)
باتریهای بر پایه نانو تیوب
فناوری فعلی باتریهای لیتیوم – یون بزودی به محدودیت خود خواهد رسید. تغییر شیمیایی باتری شاید بتواند راهی برای ارتقای این نوع باتری باشد اما بی‌تردید تغییر در ساختار الکترودها با استفاده از فناوری نانو روح جدیدی در باتریهای لیتیومی خواهد دمید.
با ساخت الکترودهای نانو تیوب محققان توانسته‌اند سرعت شارژ این باتریها را به میزان چشم افسایی افزایش دهند. به طوری که باتریهای ساخته شده بر پایه این فناوری در مدت ٢ دقیقه به ٧٠ درصد ظرفیت کامل شارژ خود می‌رسند.
برخی محققان از ماده سیلیکون به جای گرافیت در الکترودها استفاده کرده‌اند؛ برخی دیگر همچون محققان دانشگاه تکنولوژی نانیانگ سنگاپور استفاده از نانو تیوبهای دی اکسید تیتانیوم را به نام خود ثبت کرده‌اند که گواهی توسعه و بهره‌برداری تجاری را نیز اخذ کرده و ظرف دو سال آینده در دسترس خواهد بود.
مزایا: سرعت شارژ بالا، طول عمر و شارژ بالا (تعداد دفعات قابل شارژ)
معایب: دانسیته انرژی برابر با باتریهای موجود در بازار
باتریهای مبتنی بر گوگرد
در زمینه افزایش دوام باتریها با حجم مشابه همواره تحقیقات در جریان بوده و از مواد شیمیایی مختلفی در این زمینه استفاده شده است. یکی از امیدوارکننده‌ترین نوع باتریها در این میان باتریهای مبتنی بر گوگرد است.
باتریهای لیتیوم – سولفور می‌توانند در وزن مشابه، تا ٥ برابر نسبت به باتریهای لیتیوم – یون فعلی انرژی در خود ذخیره کنند. پیش‌بینی می‌شود زمانی این باتریها تجاری می‌شوند که دانسیته انرژی آنها حدود ٢ برابر باتریهای لیتیوم – یون فعلی باشد. این به معنای دوام بیشتر در تجهیزات الکتریکی است یا به عبارتی عمر دو برابر.
این فناوری حدود ٢٠ سال است که در حال توسعه و تحقیق است و دست کم یک شرکت خودروسازی در نظر دارد تا از این باتریها در سال ٢٠١٦ در خودرو برقی خود استفاده کند اما استفاده از این نوع باتریها در تجهیزات موبایل سالها بعدتر امکان‌پذیر خواهد شد.
مزایا: حداقل عمر دو برابر باتریهای لیتیومی فعلی
معایب: عمر کمتر از نظر سیکل شارژ، ثبات نداشتن و فرار بودن شیمیایی، مدت زمان شارژ مشابه با باتریهای فعلی لیتیوم – یون
باتریهای فلز- هوا
باتریهای فلز – هوا در واقع کاتد باتریهای لیتیوم – یون متداول را که بیشتر گرافیت است با اکسیژن موجود در هوا جایگزین می‌کنند. نتیجه این کار به طور طبیعی کاهش وزن باتری و داشتن یک کاتد بدون هزینه است که به طور دائم تعویض و تازه می‌شود.
کاهش وزن به مفهوم دیگر یعنی دانسیته انرژی بالاتر. برخی محققان این تراکم انرژی را با سوختهای نفتی مقایسه کرده‌اند. این یعنی عمر طولانی‌تر و قابلیت استفاده در خودروهای برقی. این فناوری توسط شرکت Teslaبرای استفاده در خودروهای برقی به ثبت رسیده است. یک خودرو سیتروئن C١ با استفاده از این فناوری توانست با یک شارژ ١٨٠٠ کیلومتر پیمایش داشته باشد.
لیکن مشکلاتی از قبیل تخریب خودبه خودی، مشکلات شارژ دوباره و عمر کوتاه از نظر سیکل شارژ مانع بزرگی در راه تجاری‌سازی این نوع باتری بوده است.
مزایا: دانسیته انرژی بسیار بسیار بالا
معایب: به سختی شارژ می‌شوند، عمر مناسبی از نظر تعداد سیکل شارژ ندارند.
باتریهای حالت جامد
در باتریهای حالت جامد الکترولیت مایع که در اغلب سایر باتریها وظیفه جابجایی یونها را بین الکترودها دارد حذف شده است. به این ترتیب باتریهای حالت جامد دانسیته انرژی بسیار بالاتری دارند.
شرکت باتری‌سازی Sakti٣ که به تازگی قرارداد همکاری تجاری با شرکت بریتانیایی Dyson امضا کرده؛ ادعا دارد باتریهای آنها می‌تواند دو برابر باتریهای لیتیوم – یون متداول انرژی ذخیره کند.
مزایا: عمر دو برابر باتری در ابعاد مشابه با لیتیوم – یون، ایمن‌تر، قابلیت ساخت در شکلها و ابعاد متفاوت، دوستدار محیط زیست.
معایب: معایب چندانی گزارش نشده است.
سوپر کاپاسیتورها یا ابر خازنهاخازنها تقریباً در همه انواع فناوری به کار می‌روند اما به طور معمول در جایی به کار می‌روند که لازم است مقدار زیادی الکتریسیته در زمان بسیار اندک به کار گرفته شود، مانند لامپ فلاش دوربین یا ساب ووفر پخش صوت یک خودرو.
خازنها می‌توانند ظرف ثانیه شارژ و در آنی تخلیه شوند. یک ابر خازن هم به همین شکل کار می‌کند، با این تفاوت که در چند ثانیه شارژ شده ولی انرژی آن به آرامی همانند یک باتری تخلیه می‌شود.
تحقیقات اخیر مبنی بر استفاده از گرافن وعده ابر خازنهایی را می‌دهد که می‌توانند ظرف ١٦ ثانیه شارژ شوند و می‌توانند عمری بیش از ١٠ هزار مرتبه شارژ و تخلیه داشته باشند. اما بهترین ابر خازنها نیز می‌توانند دانسیته انرژی معادل باتریهای لیتیوم – یون متداول داشته باشند.
مزایا: شارژ تقریبا آنی، طول عمر بسیار طولانی از نظر تعداد سیکل شارژ، قابلیت بهره‌گیری به عنوان منبع انرژی در خودروهای برقی
معایب: دانسیته پایین به معنای عمر کوتاه شارژ باتری