سرگذشت باتری‌های لیتیوم یونی؛ گذشته، حال و آینده

باتری‌های لیتیوم‌یونی در گذشته قیمت‌های بالایی داشتند؛ اما قیمت‌ها آن در حال کاهش است و این اتفاق می‌تواند زمینه‌ساز گسترش استفاده از خودروهای برقی و انرژی‌های تجدیدپذیر شود.

در سال ۲۰۱۰، قیمت هر باتری لیتیوم‌یونی یک کیلووات‌ساعتی بیش از ۱۰۰۰ دلار بود؛ باتری‌ای که می‌تواند نیروی موردنیاز یک خودرو برقی برای پیمایش مسافتی درحدود ۳ تا ۴ مایل (۴٫۸ تا ۶٫۵ کیلومتر) را تأمین کند. بااین‌حال، طبق اطلاعات جمع‌آوری‌شده‌ی سازمان پژوهشی BloombergNEF، قیمت همین باتری در سال ۲۰۱۹ به ۱۵۶ دلار کاهش یافته است. چنین قیمتی واقعا گران است و متخصصان انتظار دارند این روند کاهشی در دهه‌ی آینده نیز همچنان ادامه داشته باشد؛ البته شاید روند کاهشی در آینده به‌اندازه‌ی سال‌های گذشته سریع نباشد. برخی‌ از متخصصان پیش‌بینی کرده‌اند متوسط قیمت باتری یک کیلووات‌ساعتی تا اواسط دهه‌ی ۲۰۲۰ ارزان‌تر از ۱۰۰ دلار می‌شود.

افت قیمت و اقتصادی‌شدن باتری‌های پرظرفیت حاصل توسعه‌ی بازار به‌دلیل عرضه‌ی باتری‌های بهتر و ارزان‌تر است و این اتقاق به‌نوبه‌ی خود می‌تواند به جذب سرمایه در صنعت باتری‌سازی و سرمایه‌گذاری نیز به کاهش هزینه‌‌ی ساخت باتری‌ها و افزایش عملکرد آن‌ها منجر می‌‌شود. ادامه‌ی روند رشد صنعت باتری‌سازی اهمیت زیادی دارد؛ زیرا کاهش استفاده از سوخت‌های فسیلی مثل زغال‌سنگ و بنزین که دی‌اکسید‌کربن زیادی را تولید می‌کنند، نیازمند استفاده از باتری‌های ارزان‌قیمت است.

باتری‌ها و موتورهای برقی امیدوارکننده‌ترین فناوری برای جایگزینی خودروهای دارای موتور احتراق‌داخلی با وسایل ‌نقلیه‌ی پاک محسوب می‌شوند. قیمت گران باتری‌ها همیشه باعث شده‌اند خودروهای برقی گران‌تر از خودروهای متداول باشند؛ اما به‌دلیل اینکه قیمت باتری‌ها به‌اندازه‌ی کافی کاهش یافته است، در‌حال‌حاضر متخصصان قیمت باتری یک کیلووات‌ساعتی برای استفاده در خودروهای معمولی و غیرلوکس را درحدود ۱۰۰ دلار تخمین زده‌اند و معتقدند خودروهای برقی باید از خودروهای بنزینی هم‌رده‌ی خود ارزان‌قیمت‌تر باشند.

درصورتی‌که خودروهای برقی از خودروهای معمولی ارزان‌تر شوند، استفاده از آن‌ها به‌دلیل هزینه‌ی کم شارژ باتری افزایش می‌یابد؛ بنابراین، انتظار می‌رود کاهش هزینه‌ی تولید باتری روند حرکت به‌سمت استفاده از خودروهای برقی را سریع‌تر کند و کاهش مستمر قیمت‌های باتری در دهه‌ی آتی نیز می‌تواند به کاهش تولید دی‌اکسیدکربن در سراسر جهان کمک شایانی کند.

باتری‌ها فناوری مهمی برای افزایش استفاده از برق و کاهش تولید دی‌اکسیدکربن هستند. در دهه‌های اخیر، پیشرفت‌های زیادی درزمینه‌ی استفاده از نیروی خورشیدی و نیروی باد حاصل شده است؛ اما این منابع انرژی تنها در مواقع خاصی کاربردی هستند؛ بنابراین، به‌دلیل نیاز مستمر به انرژی باید از منبع دیگری استفاده کرد.

باتری‌ها می‌توانند انرژی پایداری را تأمین کنند؛ اما هزینه‌ی تولید بالایی دارند؛ قیمت‌های فعلی مانع اقتصادی بزرگ برای استفاده از باتری‌ها جهت ذخیره‌سازی و توزیع انرژی خورشیدی در ۲۴ ساعت شبانه‌روز هستند. امروزه بیشتر سیستم‌های مجهز به باتری که در مقیاس گسترده‌ای نصب شده‌اند، تا حدودی برای کاهش نوسانات کوتاه‌مدت در عرضه و تقاضا و مقابله با چنین مشکلاتی مورداستفاده قرار می‌گیرند. رفع محدودیت‌های ذخیره‌سازی انرژی می‌تواند زمینه‌ی استفاده‌ی مفید از انرژی خورشیدی و باد را در شبکه برق‌رسانی فراهم ‌کند.

درحال‌حاضر قیمت باتری یک ششم دهه‌ی گذشته است و به‌نظر می‌رسد این روند کاهشی در آینده نیز با شیب ملایم‌تری ادامه داشته باشد، ممکن است از خودتان بپرسید چگونه قیمت باتری تا این حد کاهش یافته است؟ عوامل مختلفی باعث چنین اتفاقی شده‌اند؛ از افزایش تقاضا گرفته تا ایجاد فناوری‌های هوشمند مربوط به شبکه. به‌جرئت می‌توان گفت تسلا نقش بسیار مهمی در این فرایند داشته است. این خودروساز مطرح و محبوب به افزایش محبوبیت خودروهای برقی مجهز به باتری های پرظرفیت با قابلیت پیمایشی بالا، کمک زیادی کرده است.

تسلا بزرگ‌ترین تولیدکننده و مصرف‌کننده‌ی باتری لیتیوم‌یونی در جهان است

تسلا از آغار فعالیتش درزمینه‌ی ساخت باتری نیز به‌اندازه‌ی تولید خودرو فعال بوده است. مسئولان این شرکت قبل از اینکه سایر شرکت‌ها متوجه اهمیت تولید باتری در مقیاس گسترده شوند، به این موضوع پی بردند و تسلا را به یکی از تولیدکننده‌های پیشتاز در بازار تولید باتری و ذخیره‌سازی شبکه‌ای تبدیل کردند؛ بازاری که در دهه‌های آینده گسترده‌تر هم خواهد شد.

قیمت باتری های لیتیومی

تسهیل تولید گسترده‌ی خودروهای برقی با افزایش تولید باتری‌های ارزان‌ و قوی

جمع‌آوری داده در مورد قیمت حقیقی باتری کار دشواری است؛ زیرا شرکت‌های زیادی در صنعت باتری‌سازی فعالیت می‌کنند که بسیاری از آن‌ها در اغلب اوقات حجم زیادی از باتری‌ها را با تخفیف مناسب به شرکت‌های خصوصی می‌فروشند. آمار نمودار بالا توسط BloombergNEF مؤسسه‌ای پژوهشی و مشاوره‌ای فعال درزمینه‌ی مشارکت با سازندگان باتری، جمع‌آوری شده است.

به‌گفته‌ی جیمز فیرث (James Frith)، سرپرست مطالعه‌های مرتبط با صنعت باتری در BloombergNEF، این سازمان پژوهشی با تمام شرکت‌های فعال در صنعت رابطه‌ی نزدیکی دارد. جیمز فیرث درباره‌ی این موضوع این‌چنین می‌گوید:

ما با مصرف‌کنندگان نهایی، سازندگان، افراد فعال در این زمینه، خودروسازان بزرگ تولیدکننده‌ی خودروهای برقی و بسیاری از تولیدکنندگان باتری مطرح در چین، اروپا، آمریکا و کره جنوبی مشارکت داریم.

داده‌های این شرکت نشان می‌دهد قیمت باتری از سال ۲۰۱۰ تاکنون ۶ برابر کمتر شده است. باتری‌های ارزان‌قیمت نیز به توسعه‌ی بازار و درنتیجه به تداوم روند کاهشی قیمت باتری کمک کرده‌اند.

البته روند توسعه‌ی بازار و کاهش قیمت باتری از قبل از سال ۲۰۱۰ در سال ۲۰۰۳، زمان تأسیس کارخانه تسلا، شروع شد. در آن زمان بازار لپ‌تاپ و گوشی به میزان زیادی رونق گرفت و به طبع آن بازار باتری‌های لیتیوم‌یونی توسعه داده شد. شرکت‌های پژوهشی نیز تحت‌تأثیر این اتفاق میلیون‌ها دلار بودجه به پژوهش درزمینه‌ی تولید باتری و توسعه‌ی تولید باتری‌های ارزان‌تر و قدرتمندتر اختصاص دادند.

جفری برایان استرابل (J. B. Straubel)، مهندس برقی که اکنون مدیر ارشد فناوری تسلا است، در آن زمان به‌خوبی متوجه شد که باتری‌های یون لیتیومی به‌اندازه‌ی کافی تولید شده‌اند و به‌زودی قیمت آن‌ها نیز به میزان مناسبی کاهش می‌یابد و درصورتی‌که چنین اتفاقی رخ دهد، می‌توان از هزاران باتری برای تأمین نیروی خودروهایی برقی استفاده کرد. او این ایده  را به ایلان ماسک پیشنهاد داد و ایلان ماسک نیز براساس همین ایده بودجه‌ی اولیه‌ی تسلا را تأمین کرد.

تسلا و پاناسونیک ۱۰ سال بعد با مشارکت یکدیگر کارخانه باتری‌سازی بسیار بزرگی با نام گیگافکتوری با هدف تولید تعداد انبوهی پک باتری با مجموع ظرفیت ۵۰ مگاوات‌ساعت در سال در صحرای نوادا تأسیس کردند. این سرمایه‌گذاری تسلا را به یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان باتری‌های لیتیومی در جهان تبدیل کرد.

در ابتدای تأسیس گیگافکتوری، باتری‌های این شرکت هنوز هم گران بودند و فروش آن‌ها تنها به شرکت تولیدکننده خودروی ورزشی برقی رودستر و با قیمتی ۶ رقمی صرفه‌ی اقتصادی داشت؛ اما با ادامه‌ی روند کاهش هزینه‌ها و تقویت عملکرد، تسلا موفق به عرضه‌ی خودروی برقی مدل اس با قیمتی مقرون‌به‌صرفه شد و پس از آن خودروی مدل 3 را با قیمتی ارزان‌تر روانه‌ی بازار کرد. درحال‌حاضر خودروی مدل 3 با قیمتی کمتر ار ۴۰ هزار دلار عرضه می‌شود.

خودروی مدل اس درحدود ۵ سال بعد از رودستر طراحی و معرفی شد. استرابل در سال ۲۰۱۴ در گفت‌و‌گویی در مورد این خودرو گفت: 

فناوری ساخت باتری، ساختار شیمیایی پایه‌ی باتری و خود بسته‌بندی پک باتری نسبت به رودستر ۴۰ درصد پیشرفت کرده است.

او درادامه گفت:

چنین دستاوردی به‌معنی نزدیک‌شدن ما به ویژگی‌هایی مثل قابلیت پیمایشی بالا درحدود ۳۰۰ مایل (۴۸۰ کیلومتر) در خودروی مدل اس و همچنین ظرفیت ذخیره‌سازی قابل‌توجهی درحدود ۸۵ کیلووات‌ساعت در یک پک باتری با اندازه‌ای کوچک‌تر نسبت به پک باتری رودستر است.

امروزه میزان فروش گوشی و لپ‌تاپ هنوز هم بیشتر از خودروهای برقی است. برای تأمین نیروی یک خودروی برقی باید از باتری‌های بزرگی با ظرفیتی بین ۴۰ تا ۱۰۰ کیلووات‌ساعت، یعنی هزاران برابر بیشتر از نیاز گوشی‌ها، استفاده شود (استفاده‌ی گسترده از گوشی‌ها تقاضای جهانی برای باتری‌های یون-لیتیومی را به میزان زیادی افزایش داده است) و همین موضوع کاهش قیمت باتری و مقرون‌به‌صرفه شدن استفاده از باتری جهت تقویت عملکرد شبکه‌ی برق‌رسانی را به‌دنبال داشته است.

شبکه برق رسانی

نقش باتری‌ها در تقویت عملکرد شبکه‌های برق‌رسانی

در سال ۲۰۱۷ تسلا تأسیسات سیستم برق‌رسانی بسیار بزرگ مجهز به باتری واقع در مزرعه‌ی بادی هورنزدیل در استرالیای جنوبی را تکمیل کرد. ظرفیت ذخیره‌سازی این سیستم ۱۲۹ مگاوات‌ساعت، معادل ظرفیت ذخیره‌سازی باتری‌های ۲۰۰۰ دستگاه خودروی مدل 3 اس یا باتری‌های ۱۰ میلیون گوشی هوشمند است. شرکت فرانسوی نئون (NEOEN)، شرکت تولیدکننده‌ی برق از منابع انرژی تجدید پذیر و مالک این سیستم، این پروژه را موفقیت بزرگ می‌داند و مسئولان آن قصد دارند ظرفیت ذخیره‌سازی آن را تا ۵۰ درصد افزایش دهند.

این سیستم توانای انتقال ۱۰۰ مگاوات و ذخیره‌سازی ۱۲۹ مگاوات‌ساعت برق را دارد؛ به‌عبارت‌دیگر انرژی ذخیره‌شده‌ی این سیستم می‌تواند در کمتر از یک ساعت تخلیه شود؛ اما در مقابل توانایی این سیستم در ذخیره‌سازی یک ساعت برق موردنیاز نیز قابلیت قابل‌توجهی محسوب می‌شود. این شبکه برق‌رسانی مجهز به چند نیروگاه قله‌ای است (نیروگاه‌های قله‌ای نیروگاه‌هایی هستند که تنها در زمان اوج مصرف، برق تولید می‌کنند و سوخت آن‌ها هم معمولا گاز است) تا در زمان‌های اوج مصرف با مشکلی مواجه نشود. به دلیل اینکه این نیروگاه‌های قله‌ای در طول سال تنها در ساعات معدودی راه‌اندازی می‌شوند، برق با هزینه‌ی زیادی در آن‌ها تولید می‌شود و به همین دلیل مسئولان این شبکه برق‌رسانی گاهی اوقات مجبور به خرید برق از تأمین‌کنندگان هستند که قادر به تولید نیرویی معادل ۵۰ برابر ظرفیت تولید معمول هستند.

البته ساخت نیروگاه مزرعه‌ی هورنزدیل باعث شده در اکثر مواقع نیازی به خرید برق از چنین تأمین‌کنندگانی نباشد. نئون مدعی است چنین سیستمی باعث صرفه‌جویی ۱۰ میلیون دلار هزینه‌ی برق برای مشترکان شده و از سوی دیگر مشکل کمبود برق در شبکه‌ی برق‌رسانی منطقه نیز کمتر شده است.

صرفه‌جویی در هزینه‌ی تأمین برق موردنیاز در زمان‌های اوج مصرف یکی از مزایای بسیار خوب شبکه‌ی برق‌رسانی هورنزدیل محسوب می‌شود؛ اما مزایای زیست‌محیطی آن هنوز چندان قابل‌توجه نیست؛ البته‌ ظاهرا فاز بعدی آن بیشتر دوست‌دار محیط‌زیست خواهد بود. طبق برنامه شبکه‌ای که در آینده ایجاد خواهد شد،  برای ذخیره‌سازی بخش اعظمی از برق موردنیاز در روز، باتری کافی دارد.

با‌‌‌استفاده‌از باتری می‌توان از انرژی خورشیدی و بادی به بهترین شکل ممکن برای تأمین برق استفاده کرد

این ویژگی باعث می‌شود میزان قابل‌توجهی از انرژی خورشیدی در طول زمان ذخیره و در شب مصرف شود. به همین دلیل می‌توان از انرژی‌های تجدیدپذیر برای تأمین میزان زیادی از برق موردنیاز و درنهایت تمام نیروی مصرفی استفاده کرد. درصورتی‌که ظرفیت ذخیره‌سازی شبکه به‌اندازه‌ی کافی باشد، می‌توان انرژی ذخیره‌شده در یک فصل را در سایر فصول مصرف و انرژی خورشیدی ذخیره‌شده مازاد بر نیاز را برای تأمین و تولید برق در زمستان استفاده کرد.

استفاده از باتری‌های کوچک که می‌توانند بین حالت شارژ و تخلیه‌ی شارژ تغییر حالت دهند و استفاده از آن‌ها به ایجاد توازن بین زمان‌های افت‌وخیز مصرف در کوتاه‌مدت نیز کمک می‌کند، بهترین گزینه برای ذخیره‌سازی انرژی موردنیاز در بلندمدت نیستند. برای دستیابی به این هدف باید از سایر انواع باتری استفاده کرد که برای این نوع ذخیره‌سازی مناسب‌تر باشند.

باتری‌های قلیایی که برای ذخیره‌ی انرژی مواد شیمیایی استفاده می‌شونند، یکی از بهترین گزینه‌ها برای این کار به‌شمار‌می‌روند و اکثر افراد این باتری‌ها را مناسب می‌دانند؛ نیروگاه‌هایی که از باتری برای ذخیره‌ی انرژی استفاده می‌کنند، بدون درنظرگرفتن نوع باتری‌های مورداستفاده در آن‌ها باید با نیروگاه‌های برقی که در آن‌ها از سایر روش‌های ذخیره‌سازی انرژی استفاده می‌شود، رقابت کنند. درحال‌حاضر برخی از نیروگاه‌ها از روش‌هایی مانند پمپاژ آب، فشرده‌سازی هوا و گرما برای ذخیره‌سازی برق موردنیاز به میزان محدودی استفاده می‌کنند. روش‌های دیگری مثل استفاده از الکتریسیته برای تولید سوخت‌های مختلف نیز در حال توسعه هستند.

اگرچه نیروگاه هورنزدیل درحال‌حاضر در نوع خود بزرگ‌ترین نیروگاه جهان است، اما ظرفیت آن هنوز برای تأمین برق موردنیاز کشوری مثل آمریکا، اصلا کافی نیست. مشترکان آمریکایی در هرروز ۱۰ تراوات‌ساعت برق مصرف می‌کند که بیش از ۷ هزار برابر ظرفیت نیروگاه هورنزدیل است. با ادامه‌ی روند کاهشی هزینه‌های تولید باتری و افزایش منابع ذخیره کننده‌ی انرژی‌های تجدید پذیر، رشد تقاضا برای نصب باتری در مقیاس‌های گسترده، در سال‌های آتی نیز ادامه خواهد داشت. تسلا در گزارش درآمد خود در ماه گذشته (این گزارش هر سه ماه یک بار منتشر می‌شود) اعلام کرد که سفارش های ساخت سیستم‌های متشکل از باتری که برخی از آن‌ها حتی از سیستم هورنزدیل هم بزرگ‌تر هستند، در سراسر جهان چند برابر شده است.

تاثیر افزایش تقاضای باتری در کاهش قیمت آن

تأثیر افزایش تقاضا بر کاهش قیمت

هر چقدر تولید افزایش یابد، هزینه به همان نسبت چندتر می‌شود و این موضوع به یک قانون و اصل تبدیل شده است. اقتصاددانان نرخ یادگیری را کاهش درصد هزینه به ازای هر بار دو برابر شدن تولید تعریف کرده‌اند. سال گذشته BloombergNEF نرخ باتری‌ها را ۱۸ درصد اعلام کرد. به‌عبارت‌دیگر، هر بار تولید باتری در سراسر جهان دو برابر شده، هزینه ۱۸ درصد کاهش یافته است.

هر چقدر تولید باتری افزایش یابد، هزینه‌ی تولید آن کمتر می‌شود

این موضوع می‌تواند اصل مهم و تاثیرگذاری برای تخمین میزان کاهش قیمت باتری‌های تولیدکنندگان مختلف در آینده باشد. اقتصاددانان تصور می‌کنند افزایش خرید خودروهای برقی از سوی مردم و افزایش استفاده از سیستم‌های ذخیره‌سازی در شبکه‌های برق‌رسانی، باعث ادامه‌ی رشد بازار باتری در آینده خواهد شد. مسئولان BloombergNEF معتقدند تا سال ۲۰۲۳ بازار باتری برای کاهش هزینه‌ی تولید باتری به ۱۰۰ دلار برای هر کیلووات‌ساعت، به‌اندازه‌ی کافی رشد خواهد کرد.

چند عامل در این کاهش قیمت تأثیرگذار هستند. یکی از این عوامل صرفه‌جویی مقیاس یا همان اصل کاهش هزینه با افزایش تولید است. بدون تردید ایجاد و توسعه‌ی فناوری‌های جدید ساخت باتری هزینه‌های قابل‌توجهی دارد و بهره‌مندی از آن‌ها نیازمند سرمایه‌گذاری زیاد برای ساخت کارخانه‌های جدید سازنده‌ی باتری است. هرچقدر کارخانه‌ای تولیدش را افزاش دهد، هزینه‌ها نیز به همان نسبت کاهش می‌یابد و درنهایت باتری‌ها با قیمت ارزان‌تری روانه بازار می‌شوند.

به‌گفته‌ی فیرث، ظرفیت تولید کارخانه‌های باتری‌سازی از یک تا دو گیگاوات ساعت در سال ۲۰۱۰ به ۳۰ گیگاوات‌ساعت برق در زمان کنونی افزایش یافته است.

تقاضای زیاد باعث افزایش قدرت خرید تولیدکنندگان باتری نیز می‌شود؛ زیرا تأمین‌کنندگان قطعات موردنیاز برای ساخت باتری درصورتی‌که تولیدکنندگان متعهد شوند قطعات زیادی از آن‌ها بخرند، این قطعات با تخفیف خوبی دراختیار آن‌ها قرار می‌گیرد. دلیل چنین پیشنهادی از سوی تأمین‌کنندگان به تولیدکنندگان نیز صرفه اقتصادی ناشی از افزایش تولید است.

استرابل در گفت‌وگویی در سال ۲۰۱۴ (زمانی‌که قرار بود ساخت گیگافکتوری تسلا آغاز شود) در مورد تأثیر گسترش تولید در این کارخانه بر کاهش هزینه‌های تولید این‌چنین گفت

قصد داریم از رویکرد جدیدی برای تولید سلول باتری استفاده کنیم. تنها به‌دنبال بهتر شدن ساختار سیم‌پیچ کاتد یا آند نیستیم؛ بلکه برای ساخت پوشش بهتر و همچنین دستیابی به ترکیب جدیدی از مواد برای ساخت کاتد و آند نیز تلاش می‌کنیم. مدت زیادی است که منابع مواد خام موردنیازمان را شناسایی کرده‌ایم. اگر روند کاهش هزینه را آغاز کنیم و نمودار دایره‌ای عوامل تأثیرگذار در هزینه‌های ساخت یک باتری یون لیتیومی درحال‌حاضر ایجاد شود، متوجه می‌شویم بخش قابل‌توجهی از هزینه‌های ساخت مربوط به هزینه‌های مواد مورداستفاده می‌شود. درصورتی‌که مواد اولیه به میزان مناسبی تولید و شرایط مناسبی نیز برای خرید آن‌ها فراهم شود، قیمت آن‌ها نیز کاهش می‌یابد.

افزایش تراکم انرژی در باتری‌ها

پیشرفت‌های فناوری‌های ساخت باتری نقش قابل‌توجهی در کاهش هزینه‌ی تولید باتری دارند. فیرث در گفتگویی اذعان کرد باتری‌های یون لیتیومی شامل باتری‌های مختلف با ساختار شیمیایی متفاوتی هستند.

دانشمندان فعال در این زمینه در طول زمان ترکیب‌های جدیدی را ایجاد کرده‌اند که توانایی هر یک از آن‌ها در تولید انرژی در هر کیلوگرم، نسبت به قبل افزایش یافته است. چنین دستاوردی نه‌تنها هزینه‌ی تولید بخش‌های فعال شیمیایی باتری را کاهش داده، بلکه باعث کاهش اندازه‌ی وزن باتری‌ها در ظرفیت‌های مختلف نیز شده و کاهش هزینه‌ی تولید سایر قطعات و درنهایت کاهش هزینه‌ی کلی تولید باتری به ازای هر کیلووات‌ساعت برق را به‌همراه داشته است.

افزایش استفاده از نیکل در ساختار شیمیایی باتری باعث افزایش تراکم انرژی آن و کاهش هزینه‌ی تولید می‌شود 

طبق گفته‌ی فیرث، فناوری رایج تولید باتری در دهه‌ی گذشته NMC 111 بوده است؛ به‌عبارت‌دیگر در دهه‌ی اخیر از فلزهای نیکل، منگنز و کبالت به یک‌میزان استفاده می‌شده است؛ اما اکنون سازنده‌ها در حال آغاز حرکت به سمت استفاده از نسبت 811 NMC هستند. در این روش نیکل ۸ برابر منگنز و کبالت استفاده می‌شود؛ زیرا نیکل ۲ تا ۵ برابر ارزان‌تر از کبالت است؛ بنابراین بهره‌مندی از فرمولی جهت استفاده از نیکل بیشتر، باعث کاهش هزینه‌ی تولید مواد اولیه در هر کیلوگرم شده است. باتری‌هایی که مواد اولیه‌ی آن‌ها با نسبت NMC 811 تولید شده‌اند، کمی تراکم انرژی بیشتری دارند و خود این موضوع باعث کاهش هزینه‌ی تولید به ازای هر کیلووات‌ساعت ظرفیت ذخیره‌سازی شده است.

البته به‌نظر می‌رسید باتری‌های ۸۱۱ نسبت به باتری‌های ۱۱۱ کمتر پایدار هستند و همین موضوع استفاده از آن‌ها را چالش‌برانگیزتر و هزینه‌ی افزایش امنیت آن را بیشتر کرده است. البته در سال‌های اخیر تولیدکنندگان برای مقابله با این چالش‌ها تدابیری اندیشیده‌اند. درکل هرچقدر بازار تولید باتری بزرگ‌تر شود، تولیدکنندگان هزینه‌ی بیشتری برای پژوهش و توسعه صرف می‌کنند و درنتیجه درنتیجه فناوری‌های جدید ساخت باتری زودتر ایجاد می‌شوند.

تسلا در ایجاد ساختارهای شیمیایی مناسب جایگاه بسیار خوبی دارد. اخیرا رویترز در گزارشی اعلام کرده تسلا در حال مشارکت با شرکت چینی CATL برای ساخت دو نوع باتری با ترکیب شیمیایی جدید است. یکی از این باتری‌ها که هزینه‌ی تولید آن تنها ۱۰۰ دلار به ازای هرکیلووات‌ساعت است، کبالت کمی دارد و نوع دوم که در آن کبالت به کار نرفته، از آهن و فسفات تشکیل شده است و می‌توان آن را با هزینه ی بسیار کمی معادل ۸۰ دلار برای هر کیلووات‌ساعت تولید کرد. طبق گزارش رویتر، مسئولان تسلا امیدوار هستند عمر این باتری‌های جدید میلیون‌ها کیلومتر باشد، انتظار می‌رود مسئولان تسلا در رویداد «روز سرمایه‌گذار» یا «investor day» که ۲۳ ژوئن (۳ تیر) برگزار خواهد شد و موضوع اصلی آن سرمایه‌گذاری در صنعت باتری است، در مورد برنامه‌های خود در رابطه با باتری‌سازی توضیحات بیشتری بیان کند.

شرکت جنرال موتورز نیز در حال ساخت ساختارهای شیمیایی جدید برای باتری است. متخصصان جنرال‌ موتورز انتظار دارند باتری‌های اولتیوم این شرکت سال ۲۰۲۳ در خودروهای جنرال موتورز استفاده شود و هزینه‌ی تولید این باتری‌ها به ۱۰۰ دلار برای هر کیلووات ساعت برق کاهش یابد. قیمت پک باتری معمولا ۲۰ تا ۴۰ درصد بیشتر از قیمت سلول‌ها است؛ بنابراین، اگر چنین گزارش‌هایی صحیح باشد جنرال موتورز در رقابت برای تولید باتری‌های ارزان پس از تسلا در جایگاه دوم قرار می‌گیرد.

در سلول‌هایی که شرکت الجی کمیکال یا LG Chemical (بخش تولیدکننده‌ی صنایع شیمیایی ‌ال‌جی و بزرگ‌ترین تولیدکننده‌ی محصولات شیمیایی در کره جنوبی محسوب می‌شود) آن‌ها را ساخته، از ساختار شیمیایی NMCA استفاده شده که کاتد ان از ترکیبی از نیکل، منگنز، کبالت و آلومینیوم است. طبق گفته‌ی مسئولان جنرال موتورز استفاده از کبالت در این سلول‌ها نسبت به سلول‌های مورداستفاده در خودروی برقی شورولت بولت، ۷۰ درصد کاهش یافته و قرار است مواد خام اولیه‌ی موردنیاز برای ساخت این ترکیب جدید تا جای ممکن از منابع موجود در آمریکای شمالی تأمین شود.

توربین بادی

مزایای استفاده از باتری‌ها برای حفظ محیط‌زیست

بدون تردید حذف موتورهای احتراق داخلی انتشار مستقیم اکسید کربن را نیز کاهش می‌دهد؛ البته درصورتی‌که نیروگاه‌های برق از سوخت‌های آلاینده استفاده کنند، تأمین نیروی موردنیاز خودروهای برقی نیز به‌صورت غیرمستقیم باعث انتشار میزان قابل‌توجهی گاز دی‌اکسید کربن می‌شود. در ضمن فرایند تولید باتری نیز تاحدودی افزایش مصرف انرژی و تولید دی‌اکسید کربن را به‌دنبال دارد؛ باتوجه‌به این موارد آیا افزایش تولید باتری واقعا به حفظ محیط‌زیست کمک می‌کند؟

طبق‌ گفته‌ی فیرث، پاسخ این سؤال کاملا مثبت است. وی درباره‌ی این موضوع این‌چنین می‌گوید:

حتی درصورتی‌که باتری‌ها در آلاینده‌ترین مراکز تولید شوند، بازهم آلودگی آن‌ها برای محیط‌زیست نسبت به استفاده از موتورهای احتراق داخلی کمتر است. او در گفت‌وگویی خاطرنشان کرد که با بررسی شرایط مراکز تولید سبز در کشورهای مثل فرانسه و سوئد، به خوبی مشخص می‌شود که تأثیرهای زیست‌محیطی ناشی از استفاده از خودروهای برقی به‌مراتب کمتر از آسیب‌های موتورهای احتراق داخلی به محیط‌زیست است.

هزینه‌های در حال کاهش تولید باتری‌ها به پاک‌تر شدن نیروگاه‌ها و شبکه‌های برق‌رسانی نیز منجر می‌شود؛ زیرا درصورتی‌که نیروگاه‌ها فاقد سیستم‌های ذخیره‌سازی باشد، طبیعتا در بهره‌مندی از انرژی‌های تجدیدپذیر برای تولید برق محدودیت دارند.

کاهش قیمت باتری‌های لیتیوم‌ یونی می‌تواند به حفظ محیط‌زیست کمک شایانی کند

به‌عنوان مثال پنل‌های خورشیدی به‌تنهایی ارزشی ندارند و برای تأمین نیروی موردنیاز کافی نیستند؛ اما زمانی‌که درکنار آن‌ها از باتری نیز برای ذخیره‌ی انرژی استفاده شود، می‌توان آن‌ها را برای تولید بخش زیادی از برق موردنیاز به خدمت گرفت. بااستفاده‌از باتری‌ها می‌توان انرژی خورشیدی مازاد بر مصرف را در طول روز ذخیره و در شب در شبکه توزیع کرد؛ اما دنبال‌کردن چنین رویکردی برای تأمین بخش قابل‌توجهی از انرژی موردنیاز کشورهای بزرگ، نیازمند استفاده از باتری‌ها در مقیاس گسترده است و درحال‌حاضر چنین اقدامی باتوجه‌به قیمت‌های کنونی باتری‌ها مقرون‌به‌صرفه نیست.

از سوی دیگر همان‌گونه که انتظار می‌رود قیمت باتری‌ها در آینده کاهش پیدا کند، احتمالا پنل‌های خورشیدی و توربین‌های بادی نیز ارزان‌تر و کارآمدتر می‌شوند. درنهایت ترکیب پنل‌های خورشیدی و توربین‌های بادی ارزان با باتری‌های ارزان باعث می‌شود تولید برق با استفاده از این سیستم‌ها نسبت به نیروگاه‌های متداول مقرون‌به‌صرفه‌تر باشد و درنتیجه این سیستم‌های پاک می‌توانند به‌تدریج جایگزین نیروگاه‌های آلاینده شوند.

نقش سیاست‌های دولتی در کاهش هزینه‌ی تولید باتری‌ها

در برخی از کشورها مانند آمریکا در راستای حمایت از بازار خودروهای برقی، یارانه‌های قابل‌توجهی برای استفاده از این خودروها اختصاص داده شده است. این موضوع در مورداستفاده از باتری برای ذخیره‌ی نیرو در نیروگاه‌ها و سیستم‌های مجهز به پنل‌های خورشیدی و توربین‌های بادی نیز صدق می‌کند و در برخی از نقاط جهان علاوه‌بر تخصیص یارانه برای انجام چنین فعالیت‌هایی، قوانین و دستوراتی نیز برای الزامی‌شدن استفاده از خودروهای برقی و ایجاد نیروگاه‌های برق بادی و خورشیدی اعمال شده است.

عده‌ای معتقدند که با گسترش تولید باتری‌ها و تجهیزات موردنیاز برای استفاده از انرژی خورشیدی و بادی، قیمت آن‌ها مقرون‌به‌صرفه و با قیمت تجهیزات مورداستفاده در زمان کنونی برای تأمین برق، قابل رقابت می‌شود و به همین دلیل درآینده تخصیص یارانه به چنین سیستم‌هایی دیگر ضرورتی ندارد.

اکنون به‌خوبی می‌بینیم که چنین سیاست‌هایی نتیجه‌‌‌ی مثبتی داشته‌اند. به‌عنوان‌مثال سال گذشته اختصاص اعتبار مالیاتی به خریداران خودروهای تسلا متوقف شد؛ اما بازهم تقاضای زیاد برای خرید خودروهای این شرکت به قوت خود باقی ماند. همچنین ممکن است در آینده‌ای نزدیک خودرویی برقی با قیمتی رقابتی (بدون اینکه هیچ یارانه‌ای به آن اختصاص داده شود) با خودروهای بنزین‌سوز نیز تولید شود. حتی ممکن است چند سال پس از عرضه چنین خودرویی خودروهای برقی به میزان قابل‌توجهی ارزان‌تر از خودروهای متداول باشند. چنین اتفاقی به‌تنهایی و بدون حمایت و یاری دولت می‌تواند حرکت به سمت استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر را سریع‌تر کند.

منبع arstechnica

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده

بیشتر بخوانید