تاریخچه ساخت باتری نیکل-آهن / باتری که ۱۲۰ سال زودتر از زمان خودش اختراع شد

به گزارش خبرنگار حوزه دریچه فناوری گروه فضای مجازی باشگاه خبرنگاران جوان، در آغاز قرن بیستم، توماس ادیسون، باتری نیکل-آهن را طراحی کرد و توسعه داد که ویژگی‌های مهمی داشت. اکنون و با گذشت بیش از یک قرن از این اختراع، هنوز هم محققان در تلاش برای توسعه این نوع باتری قابل شارژ هستند که با محیط زیست سازگار است و به باتری ادیسون معروف شده و تاکنون دستاورد‌های خوبی نیز در این زمینه داشته اند.

باتری‌های نیکل-آهن، کیفیت بالا و مقاوت دارند. این نوع باتری‌ها تحمل بسیاری بالایی هم در زمان شارژ شدن بیش از حد دارند و از مقاومت خوبی در برابر اتصال کوتاه نیز برخوردارند. اگر این باتری‌ها مدت طولانی شارژ نشوند، پس از شارژ مجدد نیز عملکرد خوبی دارند. این باتری‌ها به دلیل وزن سنگینی که دارند، در کار‌هایی که وزن باتری اهمیت بالایی ندارد مورد استفاده قرار می‌گیرند. یکی از موارد استفاده این باتری‌ها در سیستم‌های انرژی خورشیدی و بادی است. طول عمر این باتری‌ها از باتری‌های سربی-اسیدی بیشتر است و ماندگاری بالاتری نیز دارند. چون هزینه تولید این باتری‌ها بالاست به مرور زمان محبوبیت خودشان را از دست دادند.

باتری نیکل-آهن، اختراعی جلوتر از زمان خودش

اوایل دهه ۱۹۰۰، اتومبیل برقی ادیسون در جاده‌های پر پیچ و خم نیوجرسی به نحوی حرکت می‌کرد که مردم متعجب شده بودند. این اتومبیل برقی حدود دو برابر خودرو‌های معمولی سرعت داشت و می‌توانست اسب‌های تیزپا و خودرو‌های معمولی را پشت سر بگذارد. ادیسون با این اتومبیل برقی توانست تغییری در ساختار باتری خودرو‌های برقی آن زمان ایجاد کند. خودرو‌های برقی آن زمان اکثرا از باتری‌های اسیدی-سربی استفاده می‌کردند، اما ادیسون خودرویی را ساخت که به باتری جدیدی مجهز شده بود. او معتقد بود باید همه خودرو‌ها به این باتری نیکل_آهن مجهز شوند.

ادیسون با الهام از اختراع مخترع سوئدی، ارنست والدمار یونگنر که باتری نیکل-آهن را برای بار اول در سال ۱۸۹۹ توسعه داد، تصمیم گرفت باتری‌های مورد استفاده در خودرو‌ها را اصلاح کند. ادیسون اعلام کرده بود این باتری جدید بسیار مقاوم است و دو برابر سریع‌تر از باتری‌های اسید-سربی شارژ شود. ادیسون برای تولید خودرو‌هایی با این باتری‌ها با فورد قرارداد امضا کرد.

در کنار همه مزایا؛ باتری‌های جدید مشکلاتی هم داشتند. مثلا از باتری‌های اسید-سربی گران‌تر و بزرگتر بودند و در زمان شارژ شدن هیدروژن آزاد می‌کردند که خطرناک بود. زمانی که ادیسون به فکر توسعه این باتری افتاد، وسایل نقلیه با سوخت فسیلی مورد استفاده مردم بود که می‌توانستند مسافت طولانی تری را طی کنند. درست در همان زمان قرارداد ادیسون و فورد هم لغو شد. البته باتری‌های ساخت ادیسون در سیگنالینگ راه آهن استفاده شد.

یک قرن پس از این اختراع، دانشمندان باتری نیکل-آهن را توسعه دادند. این نوع باتری اکنون پاسخی برای چالش‌های محیط زیستی هستند و به منظور استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر مورد توجه هستند. در حال حاضر استفاده از انرژی‌ها طبیعی مثل باد و خورشید اهمیت ویژه‌ای دارد.

تا اوسط دهه ۲۰۱۰، یک تیم تحقیقاتی در هلند، موفق به توسعه باتری نیکل-آهن شدند. وقتی الکتریسیته هنگام شارژ شدن مجدد از باتری عبور می‌کرد، واکنشی شیمیایی صورت می‌گرفت که منجر به آزاد شدن هیدروژن و اکسیژن می‌شد که یادآور آزادسازی هیدروژن از آب در هنگام الکترولیز بود.

بیشتر بخوانید

• مهمترین اختراعات دوران انقلاب صنعتی که جهان را تغییر دادند + تصاویر

استفاده از باتری نیکل-آهن برای تولید انرژی های تجدیدپذیر

باتری‌های نیکل-آهن عمر طولانی دارند و برخی از آن‌ها تا ۴۰ سال عمر کرده و جان سخت هستند. این تیم هلندی می‌دانستند که الکترود‌هایی که در این باتری‌ها استفاده می‌شود، آب را تجزیه می‌کنند و می‌توانند انرژی بیشتری را نسبت به قبل از تولید هیدروژن ذخیره کنند. علاوه بر این زمانی که این باتری‌ها به عنوان الکترولیز کننده مورد استفاده قرار می‌گرفت، عملکرد بهتری داشت. دانشمندان با انجام آزمایشاتی به این نتیجه رسیدند که این باتری‌ها کارایی خوبی دارند و بهره وری انرژی از حدود ۸۰ به ۹۰ درصد می‌رسد. آن‌ها این سیستم ذخیره انرژی موقت را battolyser نامگذاری کردند و امیدوار بودند که این کشف بتواند دو چالش حوزه انرژی‌های تجدیدپذیر مثل ذخیره انرژی و تولید سوخت پاک را حل کند.

از بزرگترین چالش‌های منابع تجدیدپذیر می‌توان به غیرقابل پیش بینی بودن وضعیت آنها اشاره کرد. ابتدا باید مشخص شود تا چه میزان می‌توان روی تولید انرژی از طریق آنها حساب کرد و میزان استفاده از آنها چقدر است. مثلا با انرژی خورشیدی می‌توان در طول روز‌های تابستان انرژی مورد نیاز را تامین کرد، اما در شب و ماه‌های سرد سال، شرایط تغییر می‌کند.

باتری‌های معمولی مانند باتری‌های لیتیومی، انرژی را در کوتاه مدت ذخیره می‌کنند، اما زمانی که به طور کامل شارژ شوند، قادر نخواهند بود مازاد اضافی را مصرف کنند. در غیراینصورت بیش از حد گرم می‌شوند و آسیب می‌بینند. باتری‌های نیکل_آهن مزایای دیگری علاوه بر تولید هیدروژن دارند که می‌توان از آن‌ها در شرایط غیرمعمول هم نگهداری کرد. در تولید این باتری‌ها از فلزاتی مثل نیکل و آهن استفاده می‌شود که فلزات رایج تری نسبت به کبالت مورد استفاده در باتری‌های معمولی هستند. به دلیل داشتن همین مزایا می‌توان از این باتری‌ها برای تولید انرژی‌های تجدیدپذیر استفاده کرد.

استفاده از باتری نیکل-آهن پس از ۱۲۰ سال

بزرگترین باتری موجود در دنیا اکنون ۱۵ کیلو وات/۱۵ کیلووات ساعت است و ظرفیت باتری کافی و ذخیره سازی هیدروژن برای تغذیه ۱.۵ خانوار را دارد. نسخه بزرگتر این باتری ۳۰ کیلو وات/ ۳۰ کیلووات ساعت است که اکنون در نیروگاه مگنوم در هلند مورد استفاده قرار می‌گیرد و هیدروژن کافی برای تامین نیاز‌های این نیروگاه را تامین می‌کند.

اکنون دانشمندان در تلاش هستند این باتری‌ها را در مزارع انرژی خورشیدی و بادی مورد استفاده قرار دهند و ظرفیت آنها را به گیگاوات برسانند که معادل توان تولید شده توسط ۴۰۰ توربین بادی بزرگ است. این سیستم توانایی تامین انرژی برخی مکان‌های جغرافیایی که دسترسی به شبکه توزیع برق را ندارند، دارد.

گزارش از مائده زمان فشمی

انتهای پیام/