منابع کارآمد و سازگار با آب و هوا با باتری های سدیم یون

گذار به جامعه ای بدون سوخت های فسیلی به این معنی است که نیاز به باتری با سرعتی سریع در حال افزایش است. در عین حال، این افزایش به معنای کمبود فلزات لیتیوم و کبالت است که اجزای کلیدی در رایج ترین انواع باتری هستند. یکی از گزینه ها باتری سدیم یونی است که نمک خوراکی و زیست توده صنایع جنگلی مواد اولیه اصلی را تشکیل می دهند. اکنون، محققان دانشگاه فناوری چالمرز، سوئد، نشان می‌دهند که این باتری‌های یون سدیم تأثیر آب و هوایی مشابه باتری‌های لیتیوم یونی خود دارند – بدون خطر تمام شدن مواد خام.

ریکارد آرویدسون، دانشیار تحلیل سیستم‌های زیست محیطی در چالمرز می‌گوید: «موادی که در باتری‌های آینده استفاده می‌کنیم، برای اینکه بتوانیم به انرژی‌های تجدیدپذیر و ناوگان خودروهای بدون فسیل روی بیاوریم، مهم خواهند بود».

با توجه به قانون مواد خام حیاتی کمیسیون اروپا، انتظار می‌رود که تقاضا برای مواد خام حیاتی باتری به‌طور تصاعدی افزایش یابد، زیرا کشورهای اتحادیه اروپا به سمت سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر و خودروهای الکتریکی روی می‌آورند. انتقال سبز همچنین به تولید محلی بیشتر باتری ها و سایر فناوری های جدید بدون فسیل نیاز دارد و عرضه ثابت مواد خام برای پاسخگویی به تقاضا مورد نیاز است. در عین حال، چنین تولیدی با توجه به تعداد محدود منابع برای مواد اولیه، خطر بالای اختلال در عرضه را به همراه دارد. باتری‌های لیتیوم یون در حال تبدیل شدن به یک فناوری غالب در جهان هستند و برای آب و هوا بهتر از فناوری مبتنی بر فسیل هستند، به خصوص در مورد حمل و نقل. اما لیتیوم یک گلوگاه ایجاد می‌کند. ریکارد آرویدسون می‌گوید: «شما نمی توانید باتری های مبتنی بر لیتیوم را با همان سرعتی که می خواهید ماشین های الکتریکی تولید کنید، تولید کنید و این رسوبات در درازمدت به خطر می افتند.» علاوه بر این، مواد حیاتی باتری، مانند لیتیوم و کبالت، تا حد زیادی تنها در چند نقطه در جهان استخراج می شوند که خطری برای عرضه به همراه دارد.

باتری‌های یون سدیم فناوری امیدوارکننده‌ای را ارائه می‌کنند

توسعه فن‌آوری‌های جدید باتری در تلاش برای نسل بعدی ذخیره‌سازی انرژی پایدار – که ترجیحاً باید عمر طولانی، تراکم انرژی بالایی داشته و تولید آن آسان باشد، به سرعت در حال حرکت است. تیم تحقیقاتی در Chalmers تصمیم گرفتند باتری‌های سدیم یون را بررسی کنند که به جای لیتیوم حاوی سدیم – ماده بسیار رایجی است که در کلرید سدیم معمولی یافت می‌شود. در یک مطالعه جدید، آنها به اصطلاح ارزیابی چرخه عمر باتری ها را انجام داده اند، که در آن تأثیر کل محیط زیست و منابع آنها را در طول استخراج و ساخت مواد خام مورد بررسی قرار داده اند. “ما به این نتیجه رسیدیم که باتری‌های سدیم یونی از نظر تاثیر بر کمبود منابع معدنی بسیار بهتر از باتری‌های لیتیوم یونی هستند و از نظر تاثیر آب‌وهوایی معادل آن‌ها هستند. بسته به اینکه به کدام سناریو نگاه کنید، در نهایت بین ۶۰ عدد می‌شوند. و فقط بیش از ۱۰۰ کیلوگرم معادل دی اکسید کربن در هر کیلووات ساعت ظرفیت تئوری ذخیره الکتریسیته، که کمتر از آنچه قبلا برای این نوع باتری های سدیم یونی گزارش شده است. این به وضوح یک فناوری امیدوارکننده است.”

محققان همچنین تعدادی از اقدامات با پتانسیل کاهش بیشتر تأثیرات آب و هوا را شناسایی کردند، مانند ایجاد یک الکترولیت از نظر زیست محیطی بهتر، زیرا بخش بزرگی از تأثیر کل باتری را به خود اختصاص داد.

انرژی سبز نیاز به ذخیره انرژی داردباتری

انتظار می‌رود باتری‌های سدیم یون امروزی برای ذخیره انرژی ثابت در شبکه برق مورد استفاده قرار گیرند و با توسعه مداوم، احتمالاً در آینده در خودروهای الکتریکی نیز استفاده خواهند شد. ریکارد آرویدسون می گوید: “ذخیره انرژی پیش نیازی برای گسترش انرژی بادی و خورشیدی است. با توجه به اینکه ذخیره سازی عمدتاً با باتری ها انجام می شود، این سوال مطرح می شود که این باتری ها از چه چیزی ساخته خواهند شد؟ افزایش تقاضا برای لیتیوم و کبالت می تواند مانعی برای این توسعه باشد.”.

مزیت اصلی این فناوری این است که مواد موجود در باتری‌های یون سدیم فراوان است و در سرتاسر جهان یافت می‌شود. یک الکترود در باتری ها – کاتد – دارای یون های سدیم به عنوان حامل بار است و الکترود دیگر – آند – از کربن سخت تشکیل شده است که در یکی از نمونه هایی که محققان چالمرز بررسی کرده اند می تواند از زیست توده تولید شود. از صنعت جنگل از نظر فرآیندهای تولید و ژئوپلیتیک، باتری‌های یون سدیم نیز جایگزینی هستند که می‌توانند گذار به جامعه‌ای عاری از فسیل را تسریع کنند. ریکارد آرویدسون می‌گوید: «باتری‌های مبتنی بر مواد خام فراوان می‌توانند خطرات ژئوپلیتیکی و وابستگی‌ها به مناطق خاص را هم برای تولیدکنندگان باتری و هم برای کشورها کاهش دهند».

موارد بیشتر در مورد این مطالعه

این مطالعه یک ارزیابی چرخه عمر آینده نگر دو سلول باتری یون سدیم مختلف است که در آن تأثیر محیطی و منابع از ابتدا تا انتها محاسبه می شود، یعنی از استخراج مواد خام تا ساخت سلول باتری. واحد عملکردی این مطالعه ظرفیت ذخیره‌سازی نظری برق ۱ کیلووات ساعت در سطح سلولی است. هر دو نوع سلول باتری عمدتاً بر اساس مواد خام فراوان هستند. آند از کربن سخت از لیگنین یا مواد خام فسیلی با پایه زیستی و کاتد از به اصطلاح “سفید پروس” (شامل سدیم، آهن، کربن و نیتروژن) ساخته شده است. الکترولیت حاوی نمک سدیم است. تولید به گونه ای مدل سازی شده است که مطابق با یک تولید در مقیاس بزرگ در آینده باشد. برای مثال، تولید واقعی سلول باتری مبتنی بر تولید در مقیاس بزرگ امروزی باتری‌های لیتیوم یونی در کارخانه‌های گیگ است.

دو مخلوط مختلف الکتریسیته و همچنین دو نوع مختلف روش به اصطلاح تخصیص – یعنی تخصیص منابع و انتشار گازهای گلخانه ای مورد آزمایش قرار گرفتند. روشی که در آن تأثیر آب و هوا و منابع بین محصولات مشترک بر اساس جرم توزیع می شود و روشی که در آن تمام تأثیرات به محصول اصلی (باتری سدیم-یون و اجزا و مواد آن) اختصاص می یابد.

این مطالعه توسط آژانس انرژی سوئد از طریق برنامه صندوق باتری تامین مالی شده است.

برای مشاهده منبع مقاله کلیک کنید.