باتري آلومينيوم هوا، انرژي لازم براي رانندگي تا ۲,۴۰۰ كيلومتر فراهم مي‌كند

با وجود ميلياردها دلار پولي كه براي تحقيق و توسعه باتري خودروي الكتريكي هزينه مي‌شود، هر سال ميليون‌ها نوآوري جديد ظهور مي‌كند. برخي از اين اختراعات اجراي موفقيت‌آميزي پيدا مي‌كنند و برخي نيز به‌صورت بادآورده راهي صنعت خودروي الكتريكي مي‌شوند. روزنامه ديلي ميل گزارش مي‌دهد كه يكي ديگر از اين نوآوري‌ها هم‌اكنون در انتظار دريافت بازخوردها است؛ باتري آلومينيوم-هوا ايجادشده توسط تريور جكسون، مهندس بريتانيايي. جكسون ادعا مي‌كند، اگر باتري ليتيوم يون تسلا مدل اس را با يكي از باتري‌هاي آلومينيوم هوا به همان اندازه جايگزين كنيد، شعاع حركتي آن از ۵۹۵ كيلومتر به حدود ۲۴۱۰ كيلومتر افزايش مي‌يابد. با توجه به اينكه باتري آلومينيوم هوا نسبت به نمونه‌ي ليتيوم يون سبك‌تر است، جكسون مي‌گويد كه اگر از باتري آلومينيوم هوا با وزن معادل استفاده شود، تسلا مدل اس با يك‌بار شارژ كامل قادر خواهد بود مسافتي حدود ۴۳۴۵ كيلومتر را طي كند.

باتري آلومينيوم-هوا به‌عنوان يكي از دسته‌هاي باتري‌هاي فلز-هوا، تركيب جديدي ندارد. هم‌اكنون باتري‌هاي روي-هوا (zinc-air) در مكان‌هايي مثل تأسيسات خورشيدي استفاده مي‌شوند. محققان آن‌ها را در دهه ۶۰ ميلادي توسعه دادند، اما نتوانستند تجاري‌سازي كنند. در اين باتري‌ها كه به‌طور دقيق‌تر به‌عنوان پيل سوختي شناخته مي‌شوند، توليد برق هنگامي اتفاق مي‌افتد كه آلومينيوم در الكتروليت قرار گيرد و سپس با اكسيژن واكنش نشان دهد. در دهه‌ي ۶۰ ميلادي، اين فناوري محدوديت‌هاي فراواني داشت: براي رسيدن به واكنش مناسب، نياز به استفاده از آلومينيوم خالص و گران‌ارزش داشت و الكتروليت آن سمي و سوز‌آور بود. همچنين واكنش بين هوا و فلز باعث تشكيل ژلي مي‌شد كه مسيرهاي هوا را در هر سلول مسدود مي‌كرد.

ترور جكسون (Trevor Jackson) پس از خدمت به‌عنوان مهندس در شركت‌هاي رولزرويس، بريتيش ايرواسپيس (British Aerospace) و همچنين مسئول تعمير راكتورهاي هسته‌اي در زيردريايي، سال ۲۰۰۱ شروع به توليد باتري در كارگاه خود كرد. جكسون براي توليد باتري خود با اشكالات سياسي نيز سروكار داشت؛ زيرا دولت فرانسه اين فناوري را «استراتژيك و از منافع ملي فرانسه» ناميد و باعث شد تا مباحثه و جدال درباره‌ي اين فناوري به موضوعي بين‌المللي بين فرانسه و انگليس تبديل شود.

جكسون در حال كار در گاراژ خود مي‌گويد، الكتروليتي توليد كرده است كه حتي مي‌توان آن را نوشيد و خطري ندارد؛ ترفندي كه جكسون براي سرمايه‌گذاران تكرار كرد و باعث لخته‌شدن ژل و مسدودشدن سلول‌ها نمي‌شود. باتري ابداعي جكسون نيازي به آلومينيوم گران‌ارزش و خالص ندارد و ظاهراً آزمايش شخص ثالث نشان داده كه چگالي انرژي باتري او هشت يا ۹ برابر باتري ليتيوم يون است. آلومينيوم فراوان‌ترين فلز در پوسته‌ي زمين به شمار مي‌رود و بازيافت بسيار آسان‌تر و باصرفه‌تري نسبت به عناصر موجود در باتري‌هاي ليتيوم يون دارد. علاوه بر اين، زباله‌ي موجود در باتري آلومينيوم هوا، هيدروكسيد آلومينيوم است كه مي‌تواند براي توليد آلومينيوم بيشتر بازيافت شود. جكسون مي‌گويد، اگر كسي باتري آلومينيوم هواي ابداعي او را (با شعاع حركتي به اندازه‌ي ۵۹۵ كيلومتر) روي خودروي برقي تسلا مدل S قرار دهد، نه‌تنها وزن كلي خودرو سبك‌تر مي‌شود، بلكه از انديشه متخصصين هزينه نيز ارزش آن به يك ششم باتري معمولي تسلا كاهش مي‌يابد.

جكسون تنها كسي نيست كه روي باتري‌هاي آلومينيوم هوا كار مي‌كند. در سال ۲۰۱۳، استارتاپ فينرگي (Phinergy) از باتري آلومينيوم-هوا ساخت خود روي سيتروئن C1 رونمايي كرد كه از آب مقطر به‌عنوان الكتروليت بهره مي‌برد. باتري فينرگي به‌عنوان جايگزين نمونه‌ي ليتيوم يوني با برد ۱۶۰ كيلومتر عمل مي‌كرد و مي‌توانست شعاع حركتي اين هاچ‌بك را حدود ۱،۶۰۰ كيلومتر ديگر نيز افزايش دهد. فينرگي از سال ۲۰۱۶ قصد داشت معامله‌اي با آركونيك (Arconic) براي تأمين آلومينيوم انجام دهد؛ اما اين توافق حاصل نشد و از آن زمان فينرگي همچنان مالكيت معنوي اختراع خود را در اختيار دارد.

اشكال اصلي باتري‌هاي آلومينيوم-هوا اين است كه قابل شارژ نيستند، زيرا واكنش الكتروليت با خوردن آلومينيوم كار مي‌كند. باتري ساخت فينرگي هر ۳۲۰ كيلومتر يك‌بار نياز به پر كردن مجدد باتري با آب مقطر داشت و پس از رسيدن به انتهاي محدوده‌ي شعاع حركتي، بايد تعويض مي‌شد. جكسون مي‌گويد كه او نوعي سيستم مبادله‌اي طراحي كرده است كه از آغاز تا پايان ۹۰ ثانيه طول مي‌كشد. جكسون مي‌گويد كه ارزش عمده‌فروشي باتري جديد ۶۰ پوند (۷۷ دلار آمريكا) به ازاي هر كيلووات ساعت است؛ به عبارت ديگر هزينه‌ي هر ۱/۶ كيلومتر حدود ۰/۱۰ دلار آمريكا خواهد بود.

هم‌اكنون مراحل تجاري‌سازي اين باتري در حال انجام است و پيش‌بيني مي‌شود كه توليد آن سال آينده پس از دريافت كمك مالي ۱۰۸،۰۰۰ پوندي از مركز پيشرفته پيشرانه انگلستان و امضاي قرارداد چند ميليون دلاري با شركتي به نام آستين الكتريك (Austin Electric)، آغاز شود. آستين الكتريك حق دارد كه از لوگوي شركت موتور آستين (Austin Motor Company) روي محصول استفاده كند. طبق گزارش روزنامه‌ي ديلي ميل، آستين الكتريك سال آينده هزاران دستگاه باتري جكسون را روانه‌ي خودروهاي برقي خواهد كرد و در حال مذاكره با فروشگاه بزرگ زنجيره‌اي در انگليس براي ارائه تأسيسات مبادله‌ي باتري است. علاوه بر اين، انتظار مي‌رود باتري‌هاي آلومينيوم-هوا در آسيا براي سه‌چرخه‌ها (tuk-tuk) و دوچرخه‌هاي برقي نيز عرضه شوند.

سرانجام، جكسون مي‌خواهد كيت‌هاي تبديلي را با ارزش ۴،۵۴۰ دلار آمريكا بفروشد كه مي‌تواند خودرويي مجهز به پيشرانه‌ي احتراق داخلي را به خودروي الكتريكي باتري‌خور با موتورهاي برقي روي چرخ‌هاي عقب تبديل كند. مورد آخر به‌ويژه خيلي عجيب به انديشه متخصصين مي‌رسد، اما در داستاني پر از ادعاهاي حيرت‌انگيز در صنعتي پر از ادعاهاي نفس‌گير، ما كاري را كه هميشه انجام مي‌دهيم باز هم انجام خواهيم داد؛ يعني صبر مي‌كنيم تا ببينيم.

باتري‌هاي آلومينيوم هوا از نوع پيل‌هاي اوليه به شمار مي‌روند؛ يعني غيرقابل شارژ هستند. هنگامي كه آند آلومينيوم طي واكنش خود با اكسيژن جو در كاتد غوطه‌ور در الكتروليت مبتني بر آب براي تشكيل اكسيد آلومينيوم هيدراته مصرف شود، باتري ديگر برق توليد نمي‌كند. باوجوداين، مي‌توان باتري را با آندهاي جديد آلومينيومي كه از بازيافت اكسيد آلومينيوم هيدراته ساخته شده‌اند، به‌صورت مكانيكي شارژ كرد. اگر باتري‌هاي آلومينيوم و هوا به‌طور گسترده مورد استفاده قرار گيرند، چنين بازيافتي ضروري است.

خودروهاي داراي باتري آلومينيومي براي چند دهه مورد مباحثه قرار گرفته‌اند. هيبريداسيون هزينه‌ها را كاهش مي‌دهد و در سال ۱۹۸۹، آزمايش‌هاي جاده‌اي از باتري هيبريدي آلومينيوم-هوا و باتري سربي اسيدي در خودروي الكتريكي گزارش شد. ميني‌ون پلاگين هيبريدي مجهز به باتري آلومينيوم هوا در سال ۱۹۹۰ در انتاريو به نمايش گذاشته شد.

در مارس ۲۰۱۳، استارتاپ فينرگي نمايش ويدئويي از خودروي الكتريكي با استفاده از سلول‌هاي آلومينيوم-هوا و كاتد ويژه و هيدروكسيد پتاسيم منتشر كرد كه ۳۳۰ كيلومتر رانده شد. در تاريخ ۲۷ مه ۲۰۱۳، خودرويي مجهز به باتري فينرگي نشان داده شد كه سازنده ادعا مي‌كرد مسافتي حدود ۲،۰۰۰ كيلومتر را بدون تعويض آندهاي آلومينيومي طي كرده است.