بدون تردید،گوشی های هوشمند، تبلت‌ها و لپ تاپ‌های ما بدون وجود باتری‌های لیتیوم یون، نمی توانستند فایده زیادی داشته باشند. اختراع باتری لیتیوم-یون یک پیشرفت بزرگ در فناوری امروزی بوده و با توجه به همین مسئله نیز روز چهارشنبه جایزه نوبل شیمی 2019 به مخترعان آن تعلق گرفت. آکادمی علوم سلطنتی سوئد که متولی اهدای جایزه سالانه نوبل است، در بیانیه خود گفته: “آن‌ها یک دنیای قابل شارژ را خلق کردند.”
جایزه نوبل شیمی شامل مبلغ نقدی 918 هزار دلاری، یک مدال طلا و دیپلم رسمی است که جایزه نقدی به صورت برابر بین سه برنده امسال، یعنی «جان بی گودایناف» دانشمند آلمانی، «استنلی ویتنگهام» دانشمند انگلیسی و «آکیرا یوشینو» محقق ژاپنی، تقسیم خواهد شد.
کمیته نوبل در بیانیه خود به این نکته نیز اشاره کرده باتری های لیتیوم یون از زمان ورود به بازار در سال 1991، “پایه و اساس یک جامعه بی سیم و بدون سوخت فسیلی را پایه گذاری کرده اند و یکی از بزرگترین فواید برای بشر هستند.”
اما باتری لیتیوم یون چگونه کار می‌کند و چه تحولی در زندگی ما ایجاد کرده که توانسته جایزه نوبل را برای مخترعان خود به ارمغان بیاورد؟ در ادامه به این فناوری مدرن و تأثیراتی که در زندگی امروزی داشته، نگاهی خواهیم انداخت. با دیجی رو همراه باشید.
البته قبل از شروع بهتر است به 10 مورد از وسایل پرکاربرد امروزی که از باتری های لیتیوم یون به شکل ویژه ای استفاده می کنند، نگاهی داشته و به اهمیت این ابزار مدرن بیش از پیش پی ببرید:
باتری های لیتیوم یون چه زمانی ساخته شدند؟
استنلی ویتینگام، استاد برجسته شیمی در دانشگاه بینگامتون، پایه و اساس باتری لیتیوم یون را در دهه 1970 و در جریان بحران نفت، ایجاد کرد. به گفته کمیته نوبل، اگرچه باتری ساخته شده توسط ویتینگام می توانست تا 2 ولت انرژی را در خود ذخیره کند (بیشتر باتری های مدرن 1.5 ولت هستند) ، اما انفجارپذیری بالای آن مانع از ماندگار شدنش شد.
در سال 1980، جان بی. گودیناف از دانشگاه تگزاس-آستین، موفق به ساخت قطعه‌ای شد که بر روی یون های لیتیوم یا اتم های لیتیوم شارژ شده‌ای که یکی از سه الکترون خود را از دست داده اند، مدیریت بهتری داشت. این اختراع جدید منجر به تولید باتری هایی قدرتمندتر شد.
پنج سال بعد نیز آکیرا یوشینو از شرکت Asahi Kasei Corp و دانشگاه میجو در ژاپن، موفق به تولید اولین باتری لیتیوم یونی شد که برای تجاری سازی کاملاً مناسب بود.
باتری لیتیوم یون چگونه کار می کند؟
طبق گفته وزارت انرژی ایالات متحده، باتری لیتیوم یون دارای آند و کاتد یا هادی های الکتریکی است که ما آن‌ها را به عنوان قطب‌های منفی و مثبت باتری می شناسیم و لیتیوم را در خود ذخیره می کند. همچنین این باتری‌ها شامل الکترولیت و جداکننده ای هستند که به توزیع یون های لیتیوم در داخل باتری کمک می کند. و در نهایت نیز جمع کننده‌های جریان الکتریکی مثبت و منفی، تکمیل کننده یک باتری لیتیوم یون هستند.
هنگامی که یک باتری لیتیوم یون مورد استفاده قرار می گیرد یا در اصطلاح تخلیه می شود، یک جریان یونی از آند به کاتد ایجاد شده و تولید انرژی می کند. هنگامی هم که باتری را شارژ می کنید، جریان به طور معکوس از کاتد به آند برقرار می شود.
باتری‌های لیتیوم یون، بخشی حیاتی از فناوری مدرن امروزی
توسعه باتری‌های لیتیوم یون در دنیای فناوری یک انقلاب محسوب می شود و انرژی مورد نیاز دستگاه‌های پرکاربردی مانند گوشی های تلفن همراه، تبلت‌ها و لپ تاپ‌ها، توسط این باتری‌ها تأمین می شود. عمر این باتری ها نیز در مقایسه به نسل‌های گذشته بسیار طولانی تر شده و کاربران می توانند صدها بار آن ها را شارژ کرده و مورد استفاده قرار دهند.
کمیته نوبل در وصف باتری‌های لیتیوم یون چنین گفته است:
مزیت باتری های لیتیوم یون این است که آن‌ها بر پایه واکنش های شیمیایی که باعث تجزیه الکترودها می شود، نیستند. بلکه بر یون‌های لیتیوم که بین آند و کاتد جریان می یابند، متکی هستند.
این باتری ها همچنین برای ذخیره انرژی خورشیدی و بادی نیز مورد استفاده قرار گرفته اند، که به گفته کمیته نوبل، یک حرکت اساسی در راستای فاصله گرفتن از سوخت های فسیلی بوده است.
البته با تمام خوبی‌هایی که باتری‌های لیتیوم یون دارند، موسسه انرژی پاک (CEI) مستقر در دانشگاه واشنگتن گفته یکی از مشکلات بزرگ در مورد این باتری ها استعداد بالای آن‌ها در زمینه گرم شدن بیش از حد است. CEI حتی به این نکته نیز اشاره کرده که: “به دلیل خطرات ناشی از این باتری ها، برخی از شرکت های حمل و نقل از جابجا کردن محموله های عمده باتری توسط هواپیما خودداری می کنند.”
باتری‌های لیتیوم یون به کمک خودروهای الکتریکی آمده‌اند
باتری های لیتیوم یون برای طیف گسترده‌ای از وسایل نقلیه الکتریکی، از تسلا مدل 3 گرفته تا شورولت بولت و نیسان لیف، نیز بسیار مهم و حیاتی هستند.
برخلاف اتومبیل های هیبریدی، که به طور معمول از باتری های هیدریدی نیکل-فلز استفاده می کنند، خودروهای برقی از باتری های لیتیوم یون با کارایی بالاتر بهره می گیرند. به گفته وزارت انرژی آمریکا، نسبت بالای انرژی به وزن، مصرف پایین انرژی و كنترل خوب دما، باعث شده تا باتری های لیتیوم یون به ویژه برای استفاده در وسایل نقلیه بسیار مناسب باشد.
اگرچه قیمت خودروهای برقی در چند سال اخیر به میزان قابل توجهی کاهش یافته است، اما هنوز هم در مقایسه با خودروهای بنزینی گران‌تر هستند که این مسئله به دلیل هزینه بالای باتری های لیتیوم یون است. براساس گزارشی که در ماه دسامبر منتشر شد، تحلیلگران کمیسیون تجارت بین المللی پیش بینی کرده اند که هزینه تولید خودروهای برقی تا سال 2025 یا 2030، به همان میزان وسایل نقلیه معمولی کاهش یابد. در انتها بد نیست اشاره کنیم کارشناسان بر این باورند که در طولانی مدت، وسایل نقلیه الکتریکی می توانند به سایر فناوری های ذخیره انرژی، مانند باتری های حالت جامد یا باتری های لیتیوم هوا، مجهز شوند.
