باتری‌های آینده، نوآوری‌ها و کاربردهای تحول‌آفرین
طبق گزارش بلومبرگ NEF، شرکت‌های فعال در حوزه انرژی در دهه جاری فناوری‌های جدید باتری را به بازار خواهند آورد.
در سال‌های اخیر نوآوری‌های متعددی در زمینه باتری رخ داده است: از باتری‌های حالت‌جامد (Solid-State) و لیتیوم–گوگرد تا فناوری‌های شارژ فوق سریع و باتری‌های منعطف برای گجت‌های پوشیدنی. این نوآوری‌ها وعده افزایش چشمگیر چگالی انرژی، سرعت شارژ و ایمنی را می‌دهند.
در این گزارش به روندها، چالش‌ها و بازیگران اصلی صنعت پرداخته شده و تاثیر احتمالی این باتری‌های نوین بر بازار موبایل، خودروهای برقی و گجت‌های پوشیدنی بررسی می‌شود.
نوآوری‌های کلیدی در فناوری باتری‌ها
باتری‌های حالت‌جامد یکی از امیدبخش‌ترین فناوری‌های آینده است. این باتری‌ها به‌جای الکترولیت مایع از الکترولیت جامد استفاده می‌کنند که باعث افزایش ایمنی و جلوگیری از نشت یا آتش‌سوزی می‌شود.
همچنین چگالی انرژی بالاتری دارند و امکان شارژ سریع‌تر و عمر طولانی‌تر را فراهم می‌کنند. از سوی دیگر، باتری‌های لیتیوم–گوگرد نیز جذابیت زیادی یافته‌اند. عنصر گوگرد به‌عنوان ماده اولیه ارزان و فراوان، هزینه‌ها را کاهش می‌دهد و چگالی انرژی بالایی ارائه می‌کند.
به‌عنوان مثال شرکت Zeta Energy موفق شده است نمونه‌ای از باتری لیتیوم–گوگرد با چگالی انرژی ۴۵۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم (تقریباً دو برابر بهترین باتری‌های لیتیوم-یونی کنونی) تولید کند. در این باتری‌ها از فلزات گران‌قیمتی مانند کُبالت و نیکل استفاده نمی‌شود و ردپای کربن آن‌ها تا ۶۵٪ کمتر از باتری‌های معمولی است.
تکنولوژی شارژ فوق‌سریع نیز به سرعت در حال پیشرفت است. برای مثال، خودروساز سوئدی Polestar با همکاری شرکت StoreDot یک نمونه مفهومی خودروی الکتریکی را از شارژ ۱۰٪ تا ۸۰٪ تنها در ۱۰ دقیقه رسانده است. این فناوری می‌تواند در یک باتری ۱۰۰ کیلووات‌ساعتی حدود ۲۰۰ مایل مسافت را در همین زمان شارژ فراهم کند.
در حوزه موبایل نیز شرکت‌هایی مانند شیائومی/ردمی فناوری‌های شارژ سریع تحسین‌برانگیزی ارائه کرده‌اند؛ به‌عنوان نمونه، شارژر ۳۰۰ واتی ردمی توانسته است باتری ۴۱۰۰mAh یک گوشی را در کمتر از ۵ دقیقه به طور کامل شارژ کند.
در بازار گجت‌های پوشیدنی و فناوری‌های منعطف، باتری‌های انعطاف‌پذیر و سبک وزن اهمیت یافته‌اند. مجمع جهانی اقتصاد رشد سریع بازار باتری‌های منعطف (مثلاً باتری‌های چاپ‌شده روی پارچه) را پیش‌بینی کرده است؛ براساس این گزارش، بازار باتری‌های منعطف در سال‌های آینده با نرخ رشد حدود ۲۳٪ در سال توسعه خواهد یافت. شرکت‌های بزرگی مانند سامسونگ SDI، LG و اپل و همچنین استارت‌آپ‌های فناوری نظیر Blue Spark و Front Edge بر توسعه باتری‌های انعطاف‌پذیر تمرکز کرده‌اند.
باتری‌های منعطف این قابلیت را دارند که در ترکیب با پوشاک و گجت‌های پوشیدنی برای اهداف پزشکی و نظارت بر سلامت مورد استفاده قرار گیرند.
خودروهای برقی، شارژ سریع و چگالی انرژی بالا
تقاضا برای خودروهای برقی (EV) نقش مهمی در شتاب‌گیری فناوری باتری داشته است. خودروسازهایی مانند تویوتا، فولکس‌واگن و تسلا سرمایه‌گذاری‌های عظیمی روی فناوری‌های جدید باتری انجام داده‌اند. مثلاً تویوتا اعلام کرده است که موفق به کاهش وزن، حجم و هزینه سلول‌های باتری جامد جدید به نصف شده است که می‌تواند برد خودروهای برقی را تا ۷۴۵ مایل افزایش دهد. این شرکت هدف دارد تولید انبوه باتری حالت‌جامد را تا سال‌های ۲۰۲۷-۲۰۲۸ آغاز کند. شرکت‌های دیگر نیز در این رقابت حضور دارند؛ مثلاً QuantumScape با فولکس‌واگن و Solid Power با BMW در توسعه باتری‌های حالت‌جامد همکاری می‌کنند.
باتری‌های لیتیوم–گوگرد نیز می‌توانند رقیب باتری‌های رایج در خودروهای برقی شوند. برای مثال، شرکت Lyten (با حمایت خودروسازهایی مانند استلانتیس) نمونه‌های اولیه باتری لیتیوم–گوگرد را برای ارزیابی فنی به تولیدکنندگان بزرگ ارسال کرده است. این باتری‌ها با چگالی انرژی حدود دو برابر باتری‌های کنونی و مواد اولیه در دسترس (گوگرد) می‌توانند وزن مجموعه باتری‌ها را به‌شدت کاهش دهند.
با این حال، تولید انبوه این فناوری‌ها چالش‌هایی دارد. بلومبرگ NEF تأکید می‌کند که دستیابی به مقیاس صنعتی برای فناوری‌های جدید (به‌ویژه حالت‌جامد) نیازمند زمان و سرمایه‌گذاری فراوان است؛ احتمال دارد این فناوری‌ها ابتدا در کاربردهای خاص (مثلاً هوافضا و خودروهای ورزشی) به کار گرفته شوند و سپس به خودروهای برقی مصرف‌کننده معمولی برسند. علاوه بر آن، نیاز به زنجیره تامین جدید برای مواد اولیه (مثل الکترولیت‌های ویژه یا کاتدهای متفاوت) از جمله موانع پیش رو است.
موبایل و گجت‌های پوشیدنی، ظرفیت بیشتر و شارژ فوری
در گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها نیز نیاز به باتری‌های قوی‌تر و شارژ سریع افزایش یافته است. تولیدکنندگان موبایل با بهبود طراحی باتری‌های لیتیوم-یونی به ظرفیت بیشتر (مثلاً بیش از ۵۰۰۰mAh) و فناوری‌های شارژ سریع ۱۰۰-۲۵۰ وات دست یافته‌اند. به گزارش Verge، شارژر ۳۰۰ واتی شرکت شیائومی می‌تواند در حدود ۵ دقیقه تلفن را از صفر تا ۱۰۰ درصد شارژ کند. در سمت دیگر، گجت‌های پوشیدنی مانند ساعت‌های هوشمند و لباس‌های هوشمند نیازمند باتری‌های کوچک‌تر و ایمن‌تر هستند.
پژوهش‌ها نشان داده است که باتری‌های معمولی مایع برای گجت‌های پوشیدنی محدودیت دارند؛ به همین دلیل، تحقیقات دانشگاهی و صنعتی بر ساخت باتری‌های انعطاف‌پذیر و کشش‌پذیر تمرکز کرده‌اند. این باتری‌ها با ادغام در پارچه یا قطعات منعطف می‌توانند طول عمر بیشتری برای گجت‌ها فراهم کنند و برای کاربردهای پزشکی پوشیدنی ایده‌آل باشند.
چالش‌ها و چشم‌انداز بازار
با وجود پیشرفت‌ها، چالش‌های قابل توجهی در راه تجاری‌سازی نسل جدید باتری‌ها وجود دارد. ایمنی و پایداری یکی از مسائل مهم است: باتری‌های لیتیوم-یونی مایع می‌توانند دچار آتش‌سوزی یا انفجار شوند، در حالی که باتری‌های جامد ایمن‌ترند. همچنین هزینه تولید اولیه و راه‌اندازی کارخانه‌های جدید بالا است. تولید قطعاتی مانند الکترولیت‌های جامد یا الکترودهای گرافنی هنوز در مقیاس تجاری ضعیف است و شرکت‌ها در حال توسعه فناوری تولید انبوه هستند. علاوه بر این، بازیافت و تامین مواد اولیه همچنان یک دغدغه است؛ هرچند فناوری‌هایی مانند لیتیوم-گوگرد تلاش دارند با استفاده از مواد فراوان‌تر (مانند گوگرد) وابستگی به فلزات کمیاب را کاهش دهند.
با این حال، بازار جهانی باتری در سال‌های آینده رشد قابل توجهی خواهد داشت. بر اساس برخی پیش‌بینی‌ها، صرفاً بازار باتری‌های خودروهای برقی تا پایان دهه کنونی به چند صد میلیارد دلار خواهد رسید. بازیگران اصلی این بازار شامل خودروسازان بزرگ (تویوتا، فولکس‌واگن، هیوندای/کیا و …) و سازندگان باتری (سامسونگ SDI، ال‌جی، CATL چین و استارتاپ‌هایی مانند QuantumScape، Solid Power، Zeta Energy و Lyten) هستند.
هر یک از این شرکت‌ها در حال سرمایه‌گذاری و همکاری مشترک برای تجاری‌سازی فناوری‌های نوین هستند: برای نمونه، تویوتا با مشارکت شرکت نفتی Idemitsu خط تولید الکترولیت باتری‌های حالت‌جامد احداث کرده است، و Lyten سرمایه‌گذاری بالایی از استلانتیس و شرکت‌های فناوری دریافت کرده تا ظرفیت تولید باتری‌های لیتیوم-گوگرد خود را افزایش دهد.
اگرچه فرایند تحقیق و توسعه و تجاری‌سازی این تکنولوژی‌ها زمان‌بر است، اما انتظار می‌رود ورود باتری‌های پیشرفته به بازار تحولات بزرگی ایجاد کند: خودروهای برقی با برد بالاتر و هزینه کمتر، شارژ فوق سریع‌تر برای گجت‌های مصرفی و مصرف انرژی پایدارتر. رقابت جهانی بر سر برتری در این فناوری‌ها همچنان رو به افزایش است و موفقیت نهایی به زودی مشخص خواهد شد.
