همه چیز در مورد باتری های شارشی: آیا باتری های شارشی آینده خودروهای الکتریکی هستند؟

بسیاری از افراد خودروهای الکتریکی (EVs) را به عنوان آینده حمل و نقل پایدار می‌بینند. این خودروها که اساساً باتری‌های بزرگی روی چرخ‌ها هستند، به عنوان جایگزینی ضروری برای موتورهای احتراق داخلی که بنزین زیادی مصرف کرده و دی اکسید کربن منتشر می‌کنند، شناخته می‌شوند.

با این حال، مثل هر چیز دیگری در زندگی، فقط به مصالحه‌ها، نه به راه‌حل‌های کامل می‌رسیم. این قطعاً در مورد خودروهای الکتریکی صدق می‌کند.

اولاً، این خودروها معمولاً برد محدودی در مقایسه با خودروهای دارای موتور احتراقی دارند و زیرساخت‌های شارژ آنها بیشتر در مراکز جمعیتی بزرگ متمرکز است، که برای سفرهای طولانی مدت ایده‌آل نیستند.

باتری‌هایی که استفاده می‌کنند، به عنوان مثال، به مقادیر زیادی از مواد معدنی بحرانی مانند لیتیوم، کبالت و نیکل نیاز دارند. این مواد می‌توانند تأثیرات زیست‌محیطی مهمی داشته باشند و استخراج و پالایش آنها اغلب با نگرانی‌های اخلاقی، به ویژه در بخش‌هایی از جهان که در آن روش‌های کارگری مورد سوال است، مرتبط است.

در مورد باتری‌ها، مگر آنکه مستقیماً از منابع قابل تجدید شارژ شوند، بیشتر شارژ کردن خودروهای الکتریکی از طریق شبکه ملی انجام می‌شود که در بسیاری از کشورها هنوز به شدت به سوخت‌های فسیلی وابسته است. با این حال، تعداد فزاینده‌ای از شبکه‌ها در حال ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر هستند و برخی از صاحبان خودروهای الکتریکی به طور مستقیم وسایل نقلیه خود را با استفاده از انرژی خورشیدی یا دیگر راهکارهای انرژی سبز شارژ می‌کنند.

اما یک فناوری دیگر، باتری‌های شارشی، ممکن است راه‌حل مورد نظر ما باشد.

بیایید ببینیم چگونه.

باتری شارشی چیست؟

باتری شارشی، که به عنوان باتری شارشی اکسایش-کاهشی (Redox) نیز شناخته می‌شود، یک سلول الکتروشیمیایی است که از دو الکترولیت مایع متحرک برای تولید برق استفاده می‌کند. باتری به گونه‌ای طراحی شده است که دو مایع خاص در کنار هم جریان پیدا کنند و توسط یک غشای نازک جدا شوند.

انتقال یونی در سراسر غشای سلول اتفاق می‌افتد، همراه با جریان جریان از طریق یک مدار خارجی، در حالی که مایعات در فضای خود گردش می‌کنند. مایعات مورد نیاز در مخازن جداگانه تا زمان نیاز ذخیره می‌شوند.

باتری‌های شارشی از مدت‌ها پیش وجود داشته‌اند، اما نسخه‌های اولیه تراکم انرژی کمی داشتند که آنها را برای خودروها غیرقابل استفاده می‌کرد. اما، پیشرفت‌های اخیر در این فناوری تراکم انرژی را بهبود بخشیده و آن را برای ذخیره انرژی بلند مدت و احتمالاً برای خودروهای الکتریکی به طور فزاینده‌ای قابل استفاده کرده است.

انواع مختلفی از باتری‌های شارشی، از جمله اشکال غیرآلی و اشکال آلی ، به نمایش گذاشته شده‌اند. طراحی باتری شارشی می‌تواند به طور کامل شارشی، نیمه‌شارشی و انواع بدون غشا دسته‌بندی شود.

خودروهای الکتریکی شارشی در افق؟

این مفهوم اینک از تخته طراحی جدا شده است. شرکت‌هایی مانند nanoFlowcell قبلاً سلول‌های شارشی مینیاتوری برای وسایل نقلیه توسعه داده و آزمایش کرده‌اند.

در سال 2019، شرکت مدل آزمایشی QUANTiNO خود را ارائه کرد که از نسخه قبلی فناوری باتری شارشی خود استفاده می‌کرد. این مدل آزمایشی مفهوم را اثبات کرد و می‌توانست بر بیش از 10,000 ساعت رانندگی در مسافت تقریباً 220,000 مایل (357,275 کیلومتر) بدون تخریب بخش‌های باتری شارشی فائق آید.

با این حال، این ادعاها تأیید مستقلی محدودی دارند و در حالی که امیدوار کننده هستند، فناوری هنوز در مراحل اولیه خود قرار دارد.

به این ترتیب، مدل جدید QUANTiNO در دسامبر سال 2023 ارائه شد. طبق گزارش‌ها، این خودرو الکتریکی می‌تواند تا 1,242 مایل (2,000 کیلومتر) را با یک مخزن مایع‌های باتری شارشی طی کند. این شرکت همچنین اعلام کرده است که از شرکت تازه تاسیسش در نیویورک به تحقیق و توسعه در ایالات متحده می‌پردازد.

این مدل مایعات را در مخازن جداگانه در صندوق عقب خودرو نگه می‌دارد. از آن زمان به بعد، nanoFlowcell فناوری را به گونه‌ای بهبود بخشیده که مخازن می‌توانند در بدنه خودرو قرار گیرند.

علاوه بر این، خودروهای الکتریکی با نیروی باتری شارشی تنها بخش‌هایی از برنامه هستند که شامل ساعت‌های مچی، پهپادها، ذخیره انرژی و رباتیک نیز می‌شود. با این حال، همان‌طور که Clean Technica گزارش می‌دهد، خودروهای الکتریکی تمرکز اصلی تحقیق و توسعه این شرکت در حال حاضر هستند.

بی-آیون: آینده خودروهای الکتریکی با برد گسترده‌تر؟

بی-آیون علامت تجاری شرکت برای مایعات خاص مورد استفاده در باتری‌های شارشی آن است. این در واقع نوع خاصی از آب نمکدار است.

طبق گفته شرکت، بی-آیون با مخلوط کردن آب خاص تصفیه شده و نمک‌های فلزی و غیر فلزی تولید می‌شود. به این مخلوط، ملکول دیگری اضافه می‌شود که به‌عنوان “حامل انرژی مخصوص طراحی شده” شناخته می‌شود.

“محلول الکترولیت بی-آیون دارای تراکم انرژی مشابه با باتری‌های مدرن لیتیوم-یونی است، اما با تراکم انرژی پنج برابر بیشتر. بی-آیون راه‌حل انرژی کاملی برای درایوهای الکتریکی محیطی و پایدار، و همچنین برای کاربردهای انرژی پاک ثابت و متحرک است،” nanoFlowcell توضیح می‌دهد.

“سلول‌های شارشی و محلول الکترولیت بی-آیون بدون نیاز به فلزات گران‌بها یا خاک‌های نادر کار می‌کنند،” اضافه می‌کند.

انتشار سیستم شامل آب اتمیزه شده است که به‌صورت بخار آزاد می‌شود. هنگام رانندگی، مخازن الکترولیت مانند مخازن در خودروهای با موتور احتراقی معمولی خالی می‌شوند.

سوخت‌گیری مشابه خودروهای معمولی است

سوخت‌گیری آنها به همان روشی انجام می‌شود که سوخت‌گیری خودروهای معمولی بنزین و دیزل انجام می‌شود. شرکت برآورد می‌کند که اگر به‌طور گسترده پذیرفته شود، فناوری آن می‌تواند انتشار دی‌اکسید کربن را تا 19,250 مگاتن در سال کاهش دهد.

این حدود 75 درصد کاهش نسبت به زمان کنونی است - یک چشم‌انداز جاه‌طلبانه که قطعاً ارزش بررسی دارد.

در حالی که این یک چشم‌انداز جاه‌طلبانه و نظری است، وابسته به پذیرش گسترده، پیشرفت‌های تکنولوژیک مداوم و تغییر جهانی به سمت انرژی‌های تجدیدپذیر است.

شرکت همچنین سیستم خودرو به شبکه (V2G) خود را توسعه داده است که به کاربران اجازه می‌دهد خودروهای الکتریکی خود را به‌طور مؤثر به‌عنوان ژنراتورهای قابل حمل خانگی استفاده کنند. این یک امتیاز جالب اضافی است.

و این مقدار امروز شما است.

باتری‌های شارشی، مانند آنهایی که توسط nanoFlowcell در حال توسعه هستند، بدون شک جذاب هستند، اما آیا قادر خواهند بود جایی در بازار خودروهای الکتریکی پیدا کنند؟ در حالی که عملکرد، مقاومت و طول عمر آنها به‌طور قابل توجهی بهبود یافته است، آیا این برای جلب توجه مصرف کنندگان کافی خواهد بود؟ زمان و تغییرات اوضاع نشان خواهند داد.