آینده‌ی باتری‌های لیتیومی
دنیایی را تصور کنید که در آن همه چیز به طور یکپارچه با انرژی پاک و تجدیدپذیر کار می‌کند؛ ماشین‌های برقی بی‌صدا در بزرگراه‌ها در حال حرکت هستند و هواپیماها بدون قطره‌ای سوخت فسیلی در آسمان پرواز می‌کنند. در قلب این چشم انداز یک فناوری حیاتی نهفته است: باتری‌های لیتیومی.
این دستگاه‌های ذخیره انرژی قدرتمند، هسته‌ی نوآوری‌های امروزی هستند؛ از وسایل نقلیه الکتریکی تا شبکه‌های انرژی تجدیدپذیر.
اما نقش این دستگاه‌ها در شکل دادن به آینده هنوز به پایان نرسیده است. با افزایش تقاضا برای راه حل‌های پایدار، تکامل فناوری باتری تعیین می‌کند که چگونه از سوخت‌های فسیلی دور شویم و سیاره‌ای پاک‌تر و سبزتر را در آغوش بگیریم. پتانسیل ذخیره انرژی بیشتر، شارژ سریع‌تر و ماندگاری بیشتر، درها را به روی پیشرفت‌های غیرقابل تصور در حمل و نقل، ذخیره انرژی و حتی اکتشافات فضایی باز می‌کند. با داغ شدن مسابقه کربن زدایی، باتری‌های لیتیومی تبدیل به شاه‌کلیدِ باز کردن پتانسیل واقعی انرژی‌های تجدیدپذیر شدند. آن‌ها آماده هستند تا به انقلاب صنعتی بعدی دامن بزنند؛ جایی که بهره‌‌وری انرژی با مسئولیت زیست‌محیطی روبرو می‌شود. شکل دادن به صنایع و بازتعریف آنچه در قرن بیست و یکم ممکن است، با انقلاب باتری تازه شروع شده و در سال‌های آتی نیز شتاب بیشتری به خود خواهد گرفت. در شکل شمارهی 1 می‌توان ظرفیت باتری‌های لیتیومی را مشاهده کرد [1].
موسسه‌ی مشاوره‌ای مکنزی (McKinsey) نیز بر این باور است که تا سال 2030 میلادی تقاضای باتری‌های لیتیومی می‌تواند به 4500 گیگاوات‌ساعت برسد [2]. با چنین افزایشی، شرکت‌های فعال در زمینه‌ی باتری‌های لیتیومی در صدد آن هستند تا بتوانند از بازارِ 450 میلیارد دلاری در سال 2030 [3]، بیشترین بهره را کسب کنند. این کار مستلزم نوآوری و بهبود فناوری فعلی است. یکی از مشکلاتی که باید در آینده به طرز چشم‌گیری بهبود یابد، بحث چگالی انرژی است.
رقابت شدیدی بین خودروسازان و تولیدکنندگان باتری در حال شکل‌گیری است و همگی در تلاش هستند تا باتری‌هایی را رونمایی کنند که نه تنها مقرون‌به‌صرفه باشند، بلکه بدون تکیه بر مواد کمیاب یا قیمت‌های گزاف، عملکرد بهتری نیز ارائه دهند. سازمان تحقیقاتی BloombergNEF پیش‌بینی می‌کند که در طول این دهه، تعداد بی‌شماری از شرکت‌ها از گم‌نامی بیرون بیایند و پیشرفت‌های متحول‌کننده‌ی خود را در زمینه‌ی فناوری باتری نشان دهند [4].
به عنوان مثال پیشرفت‌ها در فناوری کاتد از لحاظ تاریخی باعث پیشرفت در چگالی انرژی شده، اما نسل فعلی کاتدها به شدت در حال نزدیک شدن به محدودیت‌های نظری خود هستند. بنابراین شرکت‌هایی که در آندهای مبتنی بر سیلیکون، آندهای فلزی لیتیوم و الکترولیت‌های حالت جامد تحقیق می‌کنند، در واقع سرمایه‌گذاری قابل توجهی انجام می‌دهند. چراکه این نوآوری‌ها پتانسیل افزایش قابل‌توجه عملکرد باتری و چگالی انرژی را دارند و نویدبخش طلوع جدیدی در ذخیره‌سازی انرژی هستند. در شکل شمارهی 2 چگالی انرژی انواع مختلف باتری‌های لیتیومی به تصویر کشیده شده است [4].
در همین راستا نشریه‌ی بلومبرگ (Bloomberg) 61 استارت‌آپ باتری را مورد بررسی قرار داده است که هر کدام بر روی بخش های مختلف سیستم باتری (از آندها و کاتدها گرفته تا الکترولیت ها، نرم افزارها، فرآیندهای تولید و طراحی سلولی) تمرکز دارند. این شرکت‌های خصوصی، تا سپتامبر 2024، در مجموع 6.9 میلیارد دلار سرمایه جذب کرده‌اند که از طریق سهام خصوصی، سرمایه‌های خطرپذیر و کمک‌های بلاعوض تامین می‌شود. شکل شمارهی 3 این استارت‌آپ‌ها را به تصویر کشیده‌اند [4].
پیشرفت‌های جدید در فناوری باتری اغلب به ایجاد اجزا، مواد، روش‌های ساخت و زنجیره‌های تامین مواد خام جدید متکی است. قانون جهان این است که هر توسعه جدید مستلزم سرمایه‌گذاری قابل توجه، مهارت‌های تولیدی تخصصی و زمانی زیاد است. همچنین، حرکت از یک نمونه اولیه کوچک به تولید در مقیاس بزرگ پیچیده است و تنها چند فناوری می‌توانند این فرآیند چالش برانگیز را طی کنند. موفقیت این فناوری‌های جدید به سرعت تولید آن‌ها در مقیاس و تناسب با سیستم‌های تولیدی موجود بستگی دارد. در حالی که باتری‌های حالت جامد در این دهه افزایش تولید داشتند، استفاده گسترده از آن‌ها در خودروهای مقرون‌به‌صرفه زمان می‌برد. در این میان، پیشرفت‌هایی مانند آندهای مبتنی بر سیلیکون و پوشش الکترود خشک (Dry electrode coating) در حال پیشرفت هستند و اشتیاق سازندگان بزرگ خودرو را برمی‌انگیزند. در ابتدا، این فناوری‌های پیشرفته احتمالاً در حوزه‌های با کارایی بالا (مانند کاربردهای هوانوردی و نظامی) استفاده می‌شوند تا در نهایت به بخش خودروهای الکتریکی با بازار انبوه برسند. با ورود به این دوره جدید انرژی، پیشرفت‌های فناوری باتری نه تنها باعث بهبود عملکرد می‌شود، بلکه چشم‌انداز انرژی را نیز کاملا تغییر می‌دهد.
منابع: