Ένα ηλεκτρισμένο μέλλον θα απαιτήσει πολλές μπαταρίες. Η διατήρηση της σταθερότητας των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας και της λειτουργίας των αυτοκινήτων μας δεν θα απαιτήσει μόνο τεράστιες αυξήσεις στην παραγωγή για τα τρέχοντα μοντέλα μπαταριών, αλλά θα εξαρτηθεί επίσης από την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών που έχουν καλύτερη ενεργειακή απόδοση, ταχύτερη φόρτιση, μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και διαφοροποιημένες αλυσίδες εφοδιασμού. Επί του παρόντος, η αγορά κυριαρχείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από μπαταρίες ιόντων λιθίου, αλλά μια σειρά από εναλλακτικές λύσεις προχωρούν γρήγορα σε φάσεις έρευνας και ανάπτυξης και θα μπορούσαν να προκαλέσουν σημαντικές αναταραχές στην αγορά τα επόμενα χρόνια.
H κυριαρχία των μπαταριών λιθίου
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου κυριαρχούν στην αγορά, τροφοδοτώντας ένα επιβλητικό 70% όλων των επαναφορτιζόμενων συσκευών, επειδή είναι εξαιρετικά καλές σε αυτό που κάνουν. Είναι αποδοτικές, έχουν καθιερωμένες αλυσίδες παραγωγής και αποδίδουν καλά σε ένα ευρύ φάσμα συνθηκών, καθιστώντας τες «απαραίτητες για εφαρμογές υψηλής απόδοσης» σύμφωνα με το EV World. Υπάρχουν όμως και πολλά μειονεκτήματα στο λίθιο. Είναι απαίσιο για το περιβάλλον και για τις κοινότητες που ζουν κοντά σε σημεία εξόρυξης, και οι αλυσίδες εφοδιασμού του ελέγχονται σχεδόν εξ ολοκλήρου από την Κίνα, καθιστώντας την αγορά γεωπολιτικά ευάλωτη.
Ενώ οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι εξαιρετικά χρήσιμες, μπορεί να υπάρχουν άλλες εναλλακτικές λύσεις που είναι απλώς καλύτερες ή τουλάχιστον καλύτερες σε ορισμένες εφαρμογές. Η αποθήκευση ενέργειας, για παράδειγμα, θα απαιτεί μπαταρίες που μπορούν να διατηρήσουν ενέργεια για πολύ περισσότερο χρόνο από το μέγιστο των τεσσάρων ωρών των μπαταριών ιόντων λιθίου. Ακόμα και τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, τα οποία πλέον τροφοδοτούνται σχεδόν εξ ολοκλήρου από μπαταρίες ιόντων λιθίου, θα μπορούσαν να επωφεληθούν από έναν επαναπροσδιορισμό του σχεδιασμού των μπαταριών.
Οι «άμαζες» μπαταρίες
Στην πραγματικότητα, οι «άμαζες» δομικές μπαταρίες θα μπορούσαν μια μέρα να μεταμορφώσουν εντελώς τον τρόπο με τον οποίο σχεδιάζονται και τροφοδοτούνται τα επίγεια οχήματα και τα αεροσκάφη. Οι δομικές μπαταρίες δεν παράγουν και αποθηκεύουν μόνο ενέργεια, αλλά φέρουν επίσης βάρος ως μέρος της δομής αυτού που τροφοδοτούν. Αυτό θα μπορούσε να είναι επαναστατικό στον κλάδο των μεταφορών, καθώς οι μπαταρίες αποτελούν σήμερα ένα τεράστιο μέρος του όγκου και του βάρους των οχημάτων. «Στην πραγματικότητα», αναφέρει μια πρόσφατη έκθεση του Popular Mechanics, «αυτά τα αυτοκίνητα πρέπει να είναι ειδικά σχεδιασμένα για να μεταφέρουν τη μάζα των μπαταριών».
Επομένως, οι δομικές μπαταρίες θα μπορούσαν να μεταμορφώσουν πλήρως τα ηλεκτρικά οχήματα όπως τα γνωρίζουμε - και οι επιστήμονες μόλις έκαναν μια σημαντική ανακάλυψη φέρνοντας αυτή την πιθανή αναγέννηση πιο κοντά στην πραγματικότητα. Μια ομάδα ερευνητών από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Chalmers και το Βασιλικό Ινστιτούτο Τεχνολογίας KTH στη Σουηδία κατασκεύασαν μια δομική μπαταρία που αποδίδει δέκα φορές καλύτερα από οποιοδήποτε προηγούμενο μοντέλο.
Τα νέα πρότυπα
Το νέο πρωτότυπο μπαταρίας είναι κατασκευασμένο σε μεγάλο βαθμό από ίνες άνθρακα, οι οποίες εξυπηρετούν έναν πολυλειτουργικό ρόλο ως ηλεκτρόδιο, αγωγός και υλικό που φέρει φορτίο και είναι αρκετά ανθεκτικό ώστε να ανταγωνιστεί άλλα συνήθως χρησιμοποιούμενα δομικά υλικά. Το πρωτοποριακό μοντέλο περιγράφεται λεπτομερώς σε μια δημοσίευση ανοιχτής πρόσβασης που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Advanced Energy & Sustainability Research.
«Προηγούμενες προσπάθειες κατασκευής δομικών μπαταριών είχαν ως αποτέλεσμα κυψέλες με καλές μηχανικές ιδιότητες ή καλές ηλεκτρικές ιδιότητες», εξήγησε πρόσφατα στο Science Daily ο Leif Asp, καθηγητής στο Chalmers και επικεφαλής του έργου. «Αλλά εδώ, χρησιμοποιώντας ίνες άνθρακα, καταφέραμε να σχεδιάσουμε μια δομική μπαταρία με ανταγωνιστική χωρητικότητα αποθήκευσης ενέργειας και ακαμψία».
Η τεχνολογία δεν είναι ακόμη αρκετά προηγμένη για να ανταγωνιστεί τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, αλλά βρίσκεται σε καλό δρόμο, έχοντας δείξει τεράστια βελτίωση στην απόδοση από τότε που οι επιστήμονες άρχισαν να κατασκευάζουν πρωτότυπα δομικών μπαταριών πριν από σχεδόν δύο δεκαετίες, το 2007.
«Η μπαταρία έχει ενεργειακή πυκνότητα 24 Wh/kg, που σημαίνει περίπου 20% χωρητικότητα σε σύγκριση με συγκρίσιμες μπαταρίες ιόντων λιθίου που διατίθενται σήμερα», αναφέρει το Science Daily. «Αλλά επειδή το βάρος των οχημάτων μπορεί να μειωθεί σημαντικά, θα απαιτείται λιγότερη ενέργεια για την οδήγηση ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου, για παράδειγμα, και η χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα οδηγεί επίσης σε αυξημένη ασφάλεια».
Διαφορετικοί τύποι μπαταριών τροφοδοτούν το μέλλον
Οι δομικές μπαταρίες είναι μόνο ένα από τα πολλά εναλλακτικά πρωτότυπα μπαταριών που κερδίζουν έδαφος στην τεχνολογική έρευνα και ανάπτυξη. Οι επιστήμονες βελτιώνουν επίσης δραστήρια πρωτότυπα μοντέλα για μπαταρίες στερεάς κατάστασης, μπαταρίες ιόντων νατρίου, μπαταρίες γραφενίου, μπαταρίες εδάφους, ακόμη και κβαντικές μπαταρίες. Το ερώτημα δεν είναι ποιο από αυτά θα ανέβει στην κορυφή, αλλά πόσοι διαφορετικοί τύποι μπαταριών θα τροφοδοτήσουν μαζί το μέλλον μας. Ένα σταθερό ηλεκτρισμένο μέλλον θα απαιτήσει τη διαφοροποίηση των τεχνολογιών για μεγαλύτερη ενεργειακή ασφάλεια και ανθεκτικότητα.
www.worldenergynews.gr
