چرا تازگی ها شاهد آتش گرفتن باتری ها هستیم ؟ این اتفاق فقط در مورد گوشی های گلکسی نوت ۷ رخ نداده است.

گویا آی تی – بسیاری از وسایل زندگی ما بر باتری ها متکی هستند؛ از گوشی های تلفن همراه و خودروها گرفته تا مشعلهای دستی. اما اخیرا اعتماد به تکنولوژی این باتری ها کمتر شده است.
در هفته های اخیر بسیاری از مسافران خطوط هوایی ملزم شدند گوشی سامسونگ گلکسی نوت ۷ خود را پیش از سوار شدن به هواپیما تحویل مسئول مربوطه دهند. زیرا باتری این گوشی ها خطر آتش سوزی دارد. اگر یکی از مسافران این گوشی را در چمدان خود می گذاشت، پرواز با تاخیر مواجه شده و موجب وحشت و نگرانی مسافران دیگر می شد.
این باتری ها ظاهرا نمونه اصلاح شده ی یک طرح قدیمی تر هستند. در ماه سپتامبر، زمانی که خطر آتش گرفتن آنها به گوش همه رسیده بود، ۲٫۵ میلیون واحد از این دستگاهها توسط شرکت تولید کننده فراخوانده شدند. باتری سایر گوشی های تلفن همراه نیز مستعد احتراق هستند.
از چند ماه پیش، مسئولان خطوط هوایی استفاده از هاوربرد (Hoverboard) را نیز ممنوع کردند. این ممنوعیت هم به دلیل خطر آتش گرفتن آنها بود. از طرف دیگر شاهد صدها حادثه آتش سوزی باتری در وسایل نقلیه الکتریکی ، خصوصا در چین هستیم. علت این همه مشکل چیست؟

ورود لیتیوم
ماجرا از اوایل دهه ۱۹۹۰ آغاز شد. زمانی که استفاده از باتری های لیتیوم یون در ساخت گوشی های تلفن همراه و سایر دستگاهها آغاز شد.
لیتیوم یک عنصر فلزی بسیار سبک است که از سایر موادی که پیش از آن در ساخت باتری به کار می رفته، مانند کادمیوم یا سرب، سمیت کمتری دارد. بر خلاف باتری های “یکبار مصرف” قبلی، آنها می توانند هزاران بار مجددا شارژ شوند.
نوآوری هوشمندانه دیگری که در باتری های لیتیوم یون به کار رفته، طراحی ساختاری جمع و جور و دقیق این باتری لایه بندی شده است. این ویژگی ها راههای حرارتی را بهینه سازی کرده و با یک سیستم کنترل قدرت نرم افزار محور همراه هستند که (معمولا) از شارژ بیش از حد و تخلیه بیش از حد باتری ها جلوگیری می کند.
طراحی باتری های لیتیوم یون از دهه ۱۹۹۰ و به لطف سرمایه گذاری عظیم در این فناوری، هر روز بیشتر و بیشتر اصلاح شد.
چگالی انرژی این باتری ها از ۱۰۰ وات ساعت در هر کیلو، به ۲۷۰ وات ساعت در هر کیلو رسید. یعنی می توانید توان بسیار بیشتری را در فضای بسیار کمتری ذخیره نمایید.
این نکته برای ارتقای لوازم الکترونیکی مصرفی مدرن بسیار اهمیت دارد. اندازه و وزن این دستگاهها از عوامل مهم در میزان فروش آنهاست.
اما با تولید انرژی بیشتر، گرمای بیشتری هم به وجود می آید و وقتی اجزای داخل باتری داغ شوند، وجود فضای فیزیکی کافی برای انبساط آنها به شکل فزاینده ای اهمیت می یابد.
رقابت بر سر تولید محصولات بهتر و بهتر و کسب سهم بازار از رقبا، به بخش مهمی از روند تولید محصولات تبدیل شده است. به نظر می رسد که در این روند، به اندازه کافی به مسائل مربوط به تولید گرما توجه نشده و محصولات جدیدی در حال ظهور هستند که هنوز به طور کامل امتحان خود را پس نداده اند.
این امر باعث تولید باتری هایی شده که اصطکاک ناگهانی یا گرمای خارجی در آنها منجر به یک انفجار خود به خودی می شود.
این انفجار نه تنها باعث آسیب دیدگی خود باتری می شود، بلکه گاهی محیط اطراف را نیز به آتش می کشد. ما بررسی این مسائل را یک دهه پیش آغاز کردیم، اما اکنون شایع تر شده است. بروز این حوادث نتایجی را برای شرکت های مسئول به همراه دارد که می تواند فاجعه آمیز باشد.
از دیدگاه مصرف کننده، دو جواب ممکن می توان به این پرسش داد: پذیرفتن باتری هایی با عمر کوتاه تر و شارژ مجدد دستگاه به دفعات بیشتر؛ یا پایبندی به این اصل که من باید با آخرین تکنولوژی های روز همراه شوم. این روزها همراهی با تکنولوژی روز، به معنی حداقل ۶ ماه انتظار است.

تضمین آینده
ممکن است این سوال پیش آید که آیا خطرات دیگری هم در کمین این بالهای پرواز ما قرار دارد؟ متاسفانه پاسخ ما “بله” است. سرمایه گذاری های عظیم در عرصه تولید باتری ها، طیفی از دستگاهها را برای استفاده بزرگ مقیاس از باتری ها تولید کرده است؛ مانند پارک های باتری برای مناطق مسکونی آینده و ساخت چیزی که گاهی به عنوان شهر هوشمند و انعطاف پذیر به آن اشاره می شود.
این پارک ها برای تامین برق، ذخیره سازی برق برای مواقع اضطراری، و ذخیره سازی آن از منابعی مانند نیروگاههای بادی که همیشه توانایی تولید برق را ندارند، ساخته می شوند.
این کاربرد، بسیار عالی است. سیستم های مختلفی که از باتری های جریان اکسایش – کاهش استفاده می کنند، حاوی لیتیوم یا وانادیوم هستند و در حال حاضر برای تامین برق مناطق مسکونی در ایالات متحده و اروپا به کار می روند.
به عنوان مثال، شهر کوچک بردرآپ (braderup) در شمال آلمان، سیستمی دارد که ۲ مگاوات برق تولید می کند و می تواند دو مگاوات ساعت ذخیره کند. این مقدار، معادل میانگین خروجی سه ساعته توربین های بادی در مناطق خشک است. در ایالت واشنگتن آمریکا، این سیستم برای تامین برق آزمایشگاهها به کار می رود.
چین در این عرصه پیشرو است.

تاسیسات آزمایشگاهی که در حال حاضر در ژانگ بی ، شهری نزدیک پکن، قرار دارد، سیستم هایی آزمایشی هستند که با ۱۴ مگاوات کار می کنند. اخیرا اعلام شده چینی ها قصد دارند یک مرکز ذخیره سازی ۵۰۰ مگاوات ساعتی بسازند که تا سال ۲۰۲۰ بتواند ۶۴ گیگاوات برق برای سراسر چین تامین نماید. این مقدار برق، برای حدود ۵۰ میلیون خانه کافی است.
مشکل آنجاست که شدت مطلق و مقیاس انرژی در چنین پارک هایی باعث شده آنها در معرض خطر جدی آتش سوزی و انفجار قرار داشته باشند. اگر می خواهیم از چنین پیامدهایی جلوگیری کنیم، باید از باتریهای کوچکتر درس بگیریم. توجه زیاد به ایمنی آنها و انجام آزمایش های مناسب در این عرصه ضروری می باشد.
گذشته از این خطرات، باید به یاد داشته باشیم که باتری ها منابعی هستند که مدام مصرف می شوند. هزینه بالای استفاده مجدد و بازیافت باتری ها موضوعی است که کمتر مورد توجه قرار گرفته است.
به طور خلاصه، چالش ها و فرصت هایی وجود دارد که باعث شده به دنبال راهی برای ذخیره انرژی، آن هم بدون استفاده از باتری ها باشیم. البته این موضوع خودش ماجرای دیگری دارد.
ریچارد اندرو ویلیامز، معاون دانشگاه هریوت وات