روش‌های ذخیره سازی انرژی

روش های ذخیره سازی انرژی
روش های ذخیره سازی انرژی

روش‌های ذخیره سازی انرژی

موضوع ذخیره‌ سازی انرژی با وجود توسعه منابع تجدیدپذیر و ایجاد روش‌های جدید حمل‌‌ونقل همچنان موضوعی مهم است. با وجود اینکه باتری‌های لیتیوم یکی از راه حل‌های اصلی ذخیره‌ سازی انرژی هستند، محققان برای تسهیل تولید انرژی و بهینه سازی استفاده مصرف کنندگان نهایی در جست‌وجوی روش‌های تازه‌ای برای ذخیره‌ سازی انرژی هستند.

باتری لیتیوم-یون و جایگزین های آن

باتری‌های لیتیوم-یون که از اوایل دهه ۹۰ میلادی تجاری شده‌اند در چند دهه اخیر از موقعیت برجسته‌ای در بازار باتری برخوردار بوده‌اند. این فناوری به علت مزایایی که داشته در زمینه‌های مختلفی مثل خودروهای برقی، تلفن‌های همراه و…موفقیت‌های زیادی به دست آورده است. به عنوان مثال چگالی انرژی این باتری‌ها با نیازهای خودروهای برقی کاملا مطابقت دارد.

باتری‌های کششی خودروهای برقی باید از ویژگی‌های بخصوصی مثل هزینه  مناسب، محدوده دمایی قابل استفاده، دوام، قابلیت شارژ سریع و غیره برخوردار باشند. بعضی از این ویژگی‌ها مانند چگالی انرژی و توان بسیار سخت به دست می‌آیند. تیم‌های تحقیق و توسعه همواره در حال تلاش برای بهینه سازی نسبت دامنه/توان و بهبود وسایر ویژگی‌های باتری‌های لیتیوم-یون هستند. این بهینه سازی در قسمت‌هایی به ویژه در بخش تسهیل بازیافت، با جستجوی راه‌هایی برای کاهش تاثیرات زیست محیطی باتری‌ها همراه است که برای حمل‌ونقل پایدار یک ضرورت به شمار می‌رود.

آیا باتری های "حالت جامد" کارآمدتر هستند؟

صنعت باتری‌سازی با هدف جایگزین کردن فرآیند الکترولیت سنتی مورد استفاده در ساخت باتری‌های معمولی، در حال توسعه فناوری‌های جدیدی است. تولیدکنندگان با توجه به این موضوع و به توصیه متخصصان فلز لیتیوم (که از سطح لیتیوم جامد به عنوان قطب منفی در باتری استفاده می‌کنند) در حال بررسی باتری‌های “حالت جامد” هستند که علاوه بر استفاده از مواد ساده‌تر، دمای مصرف را بهتر مدیریت می‌کنند و امکان افزایش چگالی انرژی سلول‌ها را نیز فراهم می‌کنند.

باتری‌های هیبریدی جامد یا نیمه جامد نیز به عنوان جایگزینی برای مدل‌های سنتی باتری برای ذخیره سازی انرژی در آینده مطرح می‌شوند. البته همه این نظریه ها هنوز راه درازی در پیش دارند و انتظار می‌رود که روند تجاری شدن آن‌ها در بازار خودروهای برقی سال‌ها و حتی دهه‌ها به طول بینجامد.

اتحاد رنو-نیسان-میتسوبیشی نیز در یک استارتاپ آمریکایی که به طور تخصصی روی باتری‌های “حالت جامد” کار می‌کند سرمایه‌گذاری کرده است. در این باتری‌ها الکترولیت مایع موجود در باتری با یک ماده جامد مانند پلیمر جایگزین می‌شود. البته ناگفته نماند که این فناوری امیدوارکننده، برای این که بتواند به عنوان جایگزینی برای باتری‌های امروزی، به ویژه برای وسایل نقلیه الکتریکی ارائه شود راه درازی در پیش دارد.

باتری‌های الکتروشیمیایی

باتری‌های «جریان کاهش اکسیداسیون» از دو مخزن حاوی عناصر الکترواکتیو و غشای یونی رسانا استفاده می‌کنند. مزیت آن‌ها در جداسازی بخش “انرژی” و “قدرت” است. اما چگالی انرژی آن‌ها برای استفاده در خودروهای برقی بسیار کم است. با این حال، این فناوری می‌تواند در سایر موارد نیاز به ذخیره سازی انرژی (به جز خودروهای برقی) به کار رود.

گزینه دیگر استفاده از سدیم به عنوان جایگزینی برای لیتیوم (هر دو از یک خانواده شیمیایی قلیایی هستند)  برای ایجاد باتری‌های “سدیم-یون” است. سدیم عنصر فراوان‌تری نسبت به لیتیوم است و خواص آن پتانسیل قدرت بیشتری را ارائه می دهد. در حالی که سدیم در ذخیره‌سازی انرژی ثابت (در دمای بالا) یافت می‌شود، کاربرد وسیع‌تر آن در باتری‌های وسایل نقلیه، در حال حاضر توسط تعداد انگشت شماری از شرکت‌های نوپا که به دنبال صنعتی کردن این فرآیند هستند، مورد بررسی قرار گرفته است.

ترکیب عناصر مختلف در یک باتری بسته به جهت گرفته شده متفاوت است. به عنوان مثال، فناوری فلز-هوا شامل استفاده از یک الکترود فلزی است که در طول چرخه شارژ/دشارژ حل می‌شود و دوباره شکل می‌گیرد. یک الکترود دیگر نیز در مقابل آن وجود دارد که اکسیژن هوا را جذب کرده و آن را به واکنش شیمیایی اضافه می‌کند. درست مانند یک پیل سوختی. می‌توان از لیتیوم و روی نیز به عنوان الکترود استفاده کرد. در موارد خاص، شارژ نه به صورت الکتریکی، بلکه به صورت مکانیکی انجام می شود: مانند آلومینیوم، که می تواند به صورت کارتریج وارد شود. اما این راه حل هنوز آماده پاسخگویی به نیازهای انرژی یک خودرو نیست.

در نهایت باید گفت که، خواص شیمیایی فلزات می تواند موجب توسعه فناوری‌های نو در زمینه ذخیره‌سازی انرژی باشد. به عنوان مثال، در یک باتری لیتیوم-یون، جریان  با حرکت یون‌های لیتیوم تولید می‌شود. هر یون لیتیوم دارای یک بار است. اگر یک عنصر شیمیایی بتواند دو برابر این بار را تولید کند، ظرفیت باتری افزایش می‌یابد. از نظر تئوری، فلزاتی مانند کلسیم و منیزیم دارای چنین ویژگی هستند که به عنوان “دو ظرفیتی” شناخته می‌شود. از آنجایی که این مفهوم عمدتاً به تحقیقات آزمایشگاهی انجام شده در دانشگاه محدود می‌شود، برای اطمینان از دوام سایر اجزا در باتری به آزمایشات و تجربه عملی بیشتری نیاز داریم.

ذخیره‌ سازی انرژی مکانیکی

ذخیره انرژی به شکل برق تنها راه حل موجود برای ذخیره‌ سازی انرژی نیست و نباید انرژی مکانیکی را از یاد ببریم. در فرآیند ذخیره‌ سازی  پمپ، حرکت یک توربین از بالا و پایین رفتن آب در یک مخزن نیرو می‌گیرد و بر اساس همین اصل است که یک سد برق آبی، انرژی را ذخیره و سپس آزاد می‌کند. الکتریسیته به دست آمده می‌تواند هوا را در محفظه‌های بزرگ فشرده کند و انرژی به این شکل ذخیره می‌شود تا زمانی که از طریق فشرده سازی و با استفاده از توربین “آزاد” شود.

امروزه، ما حتی در مورد باتری‌های “بتنی” می‌شنویم: بلوک‌های آویزان بتنی که با افتادن ناگهانی انرژی آزاد می کنند! این‌ها فقط نمونه‌هایی از امکانات فراوان ذخیره‌سازی انرژی مکانیکی است که به عنوان یک زیرساخت  برای ذخیره انرژی ثابت به شمار می‌رود.

منبع: renaultgroup.com

About the Author

0 0 رای ها
Article Rating
اشتراک در
اطلاع از
guest
0 Comments
بازخورد (Feedback) های اینلاین
مشاهده همه دیدگاه ها

You may also like these