باتری آلومینیوم هوا، انرژی لازم برای رانندگی تا ۲,۴۰۰ کیلومتر فراهم می‌کند

با وجود میلیاردها دلار پولی که برای تحقیق و توسعه باتری خودروی الکتریکی هزینه می‌شود، هر سال میلیون‌ها نوآوری جدید ظهور می‌کند. برخی از این اختراعات اجرای موفقیت‌آمیزی پیدا می‌کنند و برخی نیز به‌صورت بادآورده راهی صنعت خودروی الکتریکی می‌شوند. روزنامه دیلی میل گزارش می‌دهد که یکی دیگر از این نوآوری‌ها هم‌اکنون در انتظار دریافت بازخوردها است؛ باتری آلومینیوم-هوا ایجادشده توسط تریور جکسون، مهندس بریتانیایی. جکسون ادعا می‌کند، اگر باتری لیتیوم یون تسلا مدل اس را با یکی از باتری‌های آلومینیوم هوا به همان اندازه جایگزین کنید، شعاع حرکتی آن از ۵۹۵ کیلومتر به حدود ۲۴۱۰ کیلومتر افزایش می‌یابد. با توجه به اینکه باتری آلومینیوم هوا نسبت به نمونه‌ی لیتیوم یون سبک‌تر است، جکسون می‌گوید که اگر از باتری آلومینیوم هوا با وزن معادل استفاده شود، تسلا مدل اس با یک‌بار شارژ کامل قادر خواهد بود مسافتی حدود ۴۳۴۵ کیلومتر را طی کند.

باتری آلومینیوم-هوا به‌عنوان یکی از دسته‌های باتری‌های فلز-هوا، ترکیب جدیدی ندارد. هم‌اکنون باتری‌های روی-هوا (zinc-air) در مکان‌هایی مثل تأسیسات خورشیدی استفاده می‌شوند. محققان آن‌ها را در دهه ۶۰ میلادی توسعه دادند، اما نتوانستند تجاری‌سازی کنند. در این باتری‌ها که به‌طور دقیق‌تر به‌عنوان پیل سوختی شناخته می‌شوند، تولید برق هنگامی اتفاق می‌افتد که آلومینیوم در الکترولیت قرار گیرد و سپس با اکسیژن واکنش نشان دهد. در دهه‌ی ۶۰ میلادی، این فناوری محدودیت‌های فراوانی داشت: برای رسیدن به واکنش مناسب، نیاز به استفاده از آلومینیوم خالص و گران‌قیمت داشت و الکترولیت آن سمی و سوز‌آور بود. همچنین واکنش بین هوا و فلز باعث تشکیل ژلی می‌شد که مسیرهای هوا را در هر سلول مسدود می‌کرد.

ترور جکسون (Trevor Jackson) پس از خدمت به‌عنوان مهندس در شرکت‌های رولزرویس، بریتیش ایرواسپیس (British Aerospace) و همچنین مسئول تعمیر راکتورهای هسته‌ای در زیردریایی، سال ۲۰۰۱ شروع به تولید باتری در کارگاه خود کرد. جکسون برای تولید باتری خود با مشکلات سیاسی نیز سروکار داشت؛ زیرا دولت فرانسه این فناوری را «استراتژیک و از منافع ملی فرانسه» نامید و باعث شد تا بحث و جدال درباره‌ی این فناوری به موضوعی بین‌المللی بین فرانسه و انگلیس تبدیل شود.

جکسون در حال کار در گاراژ خود می‌گوید، الکترولیتی تولید کرده است که حتی می‌توان آن را نوشید و خطری ندارد؛ ترفندی که جکسون برای سرمایه‌گذاران تکرار کرد و باعث لخته‌شدن ژل و مسدودشدن سلول‌ها نمی‌شود. باتری ابداعی جکسون نیازی به آلومینیوم گران‌قیمت و خالص ندارد و ظاهراً آزمایش شخص ثالث نشان داده که چگالی انرژی باتری او هشت یا ۹ برابر باتری لیتیوم یون است. آلومینیوم فراوان‌ترین فلز در پوسته‌ی زمین به شمار می‌رود و بازیافت بسیار آسان‌تر و باصرفه‌تری نسبت به عناصر موجود در باتری‌های لیتیوم یون دارد. علاوه بر این، زباله‌ی موجود در باتری آلومینیوم هوا، هیدروکسید آلومینیوم است که می‌تواند برای تولید آلومینیوم بیشتر بازیافت شود. جکسون می‌گوید، اگر کسی باتری آلومینیوم هوای ابداعی او را (با شعاع حرکتی به اندازه‌ی ۵۹۵ کیلومتر) روی خودروی برقی تسلا مدل S قرار دهد، نه‌تنها وزن کلی خودرو سبک‌تر می‌شود، بلکه از نظر هزینه نیز قیمت آن به یک ششم باتری معمولی تسلا کاهش می‌یابد.

جکسون تنها کسی نیست که روی باتری‌های آلومینیوم هوا کار می‌کند. در سال ۲۰۱۳، استارتاپ فینرگی (Phinergy) از باتری آلومینیوم-هوا ساخت خود روی سیتروئن C1 رونمایی کرد که از آب مقطر به‌عنوان الکترولیت بهره می‌برد. باتری فینرگی به‌عنوان جایگزین نمونه‌ی لیتیوم یونی با برد ۱۶۰ کیلومتر عمل می‌کرد و می‌توانست شعاع حرکتی این هاچ‌بک را حدود ۱،۶۰۰ کیلومتر دیگر نیز افزایش دهد. فینرگی از سال ۲۰۱۶ قصد داشت معامله‌ای با آرکونیک (Arconic) برای تأمین آلومینیوم انجام دهد؛ اما این توافق حاصل نشد و از آن زمان فینرگی همچنان مالکیت معنوی اختراع خود را در اختیار دارد.

مشکل اصلی باتری‌های آلومینیوم-هوا این است که قابل شارژ نیستند، زیرا واکنش الکترولیت با خوردن آلومینیوم کار می‌کند. باتری ساخت فینرگی هر ۳۲۰ کیلومتر یک‌بار نیاز به پر کردن مجدد باتری با آب مقطر داشت و پس از رسیدن به انتهای محدوده‌ی شعاع حرکتی، باید تعویض می‌شد. جکسون می‌گوید که او نوعی سیستم مبادله‌ای طراحی کرده است که از آغاز تا پایان ۹۰ ثانیه طول می‌کشد. جکسون می‌گوید که قیمت عمده‌فروشی باتری جدید ۶۰ پوند (۷۷ دلار آمریکا) به ازای هر کیلووات ساعت است؛ به عبارت دیگر هزینه‌ی هر ۱/۶ کیلومتر حدود ۰/۱۰ دلار آمریکا خواهد بود.

هم‌اکنون مراحل تجاری‌سازی این باتری در حال انجام است و پیش‌بینی می‌شود که تولید آن سال آینده پس از دریافت کمک مالی ۱۰۸،۰۰۰ پوندی از مرکز پیشرفته پیشرانه انگلستان و امضای قرارداد چند میلیون دلاری با شرکتی به نام آستین الکتریک (Austin Electric)، آغاز شود. آستین الکتریک حق دارد که از لوگوی شرکت موتور آستین (Austin Motor Company) روی محصول استفاده کند. طبق گزارش روزنامه‌ی دیلی میل، آستین الکتریک سال آینده هزاران دستگاه باتری جکسون را روانه‌ی خودروهای برقی خواهد کرد و در حال مذاکره با فروشگاه بزرگ زنجیره‌ای در انگلیس برای ارائه تأسیسات مبادله‌ی باتری است. علاوه بر این، انتظار می‌رود باتری‌های آلومینیوم-هوا در آسیا برای سه‌چرخه‌ها (tuk-tuk) و دوچرخه‌های برقی نیز عرضه شوند.

سرانجام، جکسون می‌خواهد کیت‌های تبدیلی را با قیمت ۴،۵۴۰ دلار آمریکا بفروشد که می‌تواند خودرویی مجهز به پیشرانه‌ی احتراق داخلی را به خودروی الکتریکی باتری‌خور با موتورهای برقی روی چرخ‌های عقب تبدیل کند. مورد آخر به‌ویژه خیلی عجیب به نظر می‌رسد، اما در داستانی پر از ادعاهای حیرت‌انگیز در صنعتی پر از ادعاهای نفس‌گیر، ما کاری را که همیشه انجام می‌دهیم باز هم انجام خواهیم داد؛ یعنی صبر می‌کنیم تا ببینیم.

باتری‌های آلومینیوم هوا از نوع پیل‌های اولیه به شمار می‌روند؛ یعنی غیرقابل شارژ هستند. هنگامی که آند آلومینیوم طی واکنش خود با اکسیژن جو در کاتد غوطه‌ور در الکترولیت مبتنی بر آب برای تشکیل اکسید آلومینیوم هیدراته مصرف شود، باتری دیگر برق تولید نمی‌کند. باوجوداین، می‌توان باتری را با آندهای جدید آلومینیومی که از بازیافت اکسید آلومینیوم هیدراته ساخته شده‌اند، به‌صورت مکانیکی شارژ کرد. اگر باتری‌های آلومینیوم و هوا به‌طور گسترده مورد استفاده قرار گیرند، چنین بازیافتی ضروری است.

خودروهای دارای باتری آلومینیومی برای چند دهه مورد بحث قرار گرفته‌اند. هیبریداسیون هزینه‌ها را کاهش می‌دهد و در سال ۱۹۸۹، آزمایش‌های جاده‌ای از باتری هیبریدی آلومینیوم-هوا و باتری سربی اسیدی در خودروی الکتریکی گزارش شد. مینی‌ون پلاگین هیبریدی مجهز به باتری آلومینیوم هوا در سال ۱۹۹۰ در انتاریو به نمایش گذاشته شد.

در مارس ۲۰۱۳، استارتاپ فینرگی نمایش ویدئویی از خودروی الکتریکی با استفاده از سلول‌های آلومینیوم-هوا و کاتد ویژه و هیدروکسید پتاسیم منتشر کرد که ۳۳۰ کیلومتر رانده شد. در تاریخ ۲۷ مه ۲۰۱۳، خودرویی مجهز به باتری فینرگی نشان داده شد که سازنده ادعا می‌کرد مسافتی حدود ۲،۰۰۰ کیلومتر را بدون تعویض آندهای آلومینیومی طی کرده است.