[چگالی انرژی باتریهای لیتیومی در آینده ممکن است به ۱.۵ تا ۲ برابر جریان فعلی برسد، به این معنی که باتریها کوچکتر خواهند شد.]
[محدوده کاهش هزینه باتری لیتیوم-یون حداکثر بین ۱۰ تا ۳۰ درصد است. نصف کردن قیمت دشوار است.]
از گوشیهای هوشمند گرفته تا خودروهای برقی، فناوری باتری به تدریج در حال نفوذ به هر جنبهای از زندگی است. بنابراین، باتری آینده به کدام سمت توسعه خواهد یافت و چه تغییراتی را برای جامعه به ارمغان خواهد آورد؟ با در نظر گرفتن این سؤالات، خبرنگار First Financial ماه گذشته با آکیرا یوشینو، دانشمند ژاپنی که امسال جایزه نوبل شیمی را برای باتریهای لیتیوم-یونی دریافت کرد، مصاحبه کرد.
به نظر یوشینو، باتریهای لیتیوم-یونی در 10 سال آینده همچنان بر صنعت باتری تسلط خواهند داشت. توسعه فناوریهای جدید مانند هوش مصنوعی و اینترنت اشیا، تغییرات «غیرقابل تصوری» در چشمانداز کاربرد باتریهای لیتیوم-یونی ایجاد خواهد کرد.
تغییر غیرقابل تصور
وقتی یوشینو با اصطلاح «قابل حمل» آشنا شد، متوجه شد که جامعه به یک باتری جدید نیاز دارد. در سال ۱۹۸۳، اولین باتری لیتیومی جهان در ژاپن متولد شد. یوشینو آکیرا اولین نمونه اولیه باتری لیتیوم-یونی قابل شارژ جهان را تولید کرد و سهم برجستهای در توسعه باتریهای لیتیوم-یونی که به طور گسترده در تلفنهای هوشمند و وسایل نقلیه الکتریکی در آینده استفاده میشوند، خواهد داشت.
ماه گذشته، آکیرا یوشینو در مصاحبهای اختصاصی با روزنامه نگار مالی شماره ۱ گفت که پس از اطلاع از برنده شدن جایزه نوبل، «هیچ احساس واقعی ندارد». آکیرا یوشینو گفت: «مصاحبههای کامل بعداً مرا بسیار مشغول کرد و نمیتوانستم خیلی خوشحال باشم. اما با نزدیک شدن به روز دریافت جوایز در ماه دسامبر، واقعیت جوایز قویتر شده است.»
در 30 سال گذشته، 27 محقق ژاپنی یا ژاپنی برنده جایزه نوبل شیمی شدهاند، اما تنها دو نفر از آنها، از جمله آکیرا یوشینو، به عنوان محققان شرکتی جوایزی دریافت کردهاند. آکیرا یوشینو به First Financial Journalist گفت: «در ژاپن، محققان مؤسسات تحقیقاتی و دانشگاهها عموماً جوایزی دریافت میکنند و تعداد کمی از محققان شرکتی از صنعت، جوایزی را کسب کردهاند.» او همچنین بر انتظارات صنعت تأکید کرد. او معتقد است که تحقیقات زیادی در سطح نوبل در داخل شرکت وجود دارد، اما صنعت ژاپن باید رهبری و کارایی خود را بهبود بخشد.
یوشینو آکیرا معتقد است که توسعه فناوریهای جدید مانند هوش مصنوعی و اینترنت اشیا، تغییرات «غیرقابل تصوری» در چشمانداز کاربرد باتریهای لیتیوم-یونی ایجاد خواهد کرد. به عنوان مثال، پیشرفت نرمافزار، فرآیند طراحی باتری و توسعه مواد جدید را سرعت میبخشد و میتواند بر استفاده از باتری تأثیر بگذارد و امکان استفاده از باتری را در بهترین محیط فراهم کند.
یوشینو آکیرا همچنین بسیار نگران سهم تحقیقاتش در حل مسائل جهانی تغییرات اقلیمی است. او به خبرنگار مالی First Financial Journalist گفت که به دو دلیل به او جایزه داده شده است. دلیل اول کمک به توسعه یک جامعه هوشمند موبایلی است؛ دلیل دوم ارائه ابزاری مهم برای حفاظت از محیط زیست جهانی است. آکیرا یوشینو به یک خبرنگار مالی گفت: «کمک به حفاظت از محیط زیست در آینده بیشتر و بیشتر آشکار خواهد شد. در عین حال، این یک فرصت تجاری عالی نیز هست.»
یوشینو آکیرا در سخنرانی خود در دانشگاه میجو به عنوان استاد به دانشجویان گفت که با توجه به انتظارات بالای مردم برای استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر و باتریها به عنوان اقدامی برای مقابله با گرمایش جهانی، اطلاعات خود، از جمله نظراتش در مورد مسائل زیستمحیطی را ارائه خواهد داد.
چه کسی بر صنعت باتری تسلط خواهد یافت؟
توسعه فناوری باتری، انقلابی در حوزه انرژی ایجاد کرد. از تلفنهای هوشمند گرفته تا خودروهای برقی، فناوری باتری در همه جا حضور دارد و تمام جنبههای زندگی مردم را تغییر میدهد. اینکه آیا باتریهای آینده قدرتمندتر و ارزانتر خواهند شد یا خیر، بر تک تک ما تأثیر خواهد گذاشت.
در حال حاضر، این صنعت متعهد به بهبود ایمنی باتری و در عین حال افزایش چگالی انرژی آن است. بهبود عملکرد باتری همچنین به مقابله با تغییرات اقلیمی از طریق استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر کمک میکند.
به نظر یوشینو، باتریهای لیتیوم-یونی در 10 سال آینده همچنان بر صنعت باتری تسلط خواهند داشت، اما توسعه و ظهور فناوریهای جدید نیز به تقویت ارزش و چشمانداز این صنعت ادامه خواهد داد. یوشینو آکیرا به First Business News گفت که چگالی انرژی باتریهای لیتیومی در آینده ممکن است به 1.5 تا 2 برابر جریان فعلی برسد، به این معنی که باتری کوچکتر خواهد شد. «این امر باعث کاهش مواد و در نتیجه کاهش هزینه میشود، اما کاهش قابل توجهی در هزینه مواد ایجاد نخواهد شد.» او گفت: «کاهش هزینه باتریهای لیتیوم-یونی حداکثر بین 10 تا 30 درصد است. اینکه بخواهیم قیمت را به نصف کاهش دهیم، دشوارتر است.»
آیا دستگاههای الکترونیکی در آینده سریعتر شارژ خواهند شد؟ آکیرا یوشینو در پاسخ گفت که یک تلفن همراه در عرض ۵ تا ۱۰ دقیقه کاملاً شارژ میشود که این امر در آزمایشگاه محقق شده است. اما شارژ سریع به ولتاژ قوی نیاز دارد که بر عمر باتری تأثیر میگذارد. در بسیاری از موقعیتها در واقعیت، ممکن است افراد نیازی به شارژ سریع نداشته باشند.
از باتریهای اولیه سرب-اسیدی گرفته تا باتریهای نیکل-هیدرید فلز که پایههای اصلی شرکتهای ژاپنی مانند تویوتا هستند، و باتریهای لیتیوم-یونی مورد استفاده تسلا روستر در سال ۲۰۰۸، باتریهای لیتیوم-یون مایع سنتی به مدت ده سال بر بازار باتریهای قدرتی تسلط داشتهاند. در آینده، تضاد بین چگالی انرژی و الزامات ایمنی و فناوری باتری لیتیوم-یون سنتی به طور فزایندهای برجسته خواهد شد.
آکیرا یوشینو در پاسخ به آزمایشها و محصولات باتری حالت جامد از شرکتهای خارجی گفت: «من فکر میکنم باتریهای حالت جامد مسیر آینده را نشان میدهند و هنوز جای زیادی برای پیشرفت وجود دارد. امیدوارم به زودی شاهد پیشرفتهای جدیدی باشم.»
او همچنین گفت که باتریهای حالت جامد از نظر فناوری مشابه باتریهای لیتیوم-یونی هستند. آکیرا یوشینو به خبرنگار فرست بیزینس نیوز گفت: «با پیشرفت فناوری، سرعت حرکت یون لیتیوم میتواند سرانجام به حدود ۴ برابر سرعت فعلی برسد.»
باتریهای حالت جامد، باتریهای لیتیوم-یونی هستند که از الکترولیتهای حالت جامد استفاده میکنند. از آنجا که الکترولیتهای حالت جامد جایگزین الکترولیت آلی بالقوه انفجاری در باتریهای لیتیوم-یونی سنتی میشوند، این امر دو مشکل اصلی چگالی انرژی بالا و عملکرد ایمنی بالا را حل میکند. الکترولیتهای حالت جامد با همان انرژی استفاده میشوند. باتری که جایگزین الکترولیت میشود، چگالی انرژی بالاتری دارد، در عین حال قدرت بیشتری دارد و زمان استفاده طولانیتری دارد که روند توسعه نسل بعدی باتریهای لیتیومی است.
اما باتریهای حالت جامد همچنین با چالشهایی مانند کاهش هزینهها، بهبود ایمنی الکترولیتهای جامد و حفظ تماس بین الکترودها و الکترولیتها در حین شارژ و دشارژ مواجه هستند. در حال حاضر، بسیاری از شرکتهای بزرگ خودروسازی جهانی در حال سرمایهگذاریهای هنگفتی در تحقیق و توسعه باتریهای حالت جامد هستند. به عنوان مثال، تویوتا در حال توسعه یک باتری حالت جامد است، اما هزینه آن فاش نشده است. موسسات تحقیقاتی پیشبینی میکنند که تا سال 2030، تقاضای جهانی باتری حالت جامد به 500 گیگاوات ساعت نزدیک شود.
پروفسور ویتینگهام، که جایزه نوبل را به همراه آکیرا یوشینو به اشتراک گذاشت، گفت که باتریهای حالت جامد ممکن است اولین باتریهایی باشند که در لوازم الکترونیکی کوچک مانند تلفنهای هوشمند مورد استفاده قرار میگیرند. پروفسور ویتینگهام گفت: «زیرا هنوز مشکلات بزرگی در کاربرد سیستمهای بزرگمقیاس وجود دارد.»
زمان ارسال: ۱۶ دسامبر ۲۰۱۹