باتری غیر قابل اشتعال برای تامین انرژی آینده ای ایمن تر و کربن زدایی شده | اخبار MIT

باتری‌های لیتیوم یونی موتورهای کار الکترونیک خانگی هستند و یک انقلاب الکتریکی در حمل‌ونقل ایجاد می‌کنند. اما برای هر برنامه ای مناسب نیستند.

یک نقطه ضعف کلیدی اشتعال پذیری و سمی بودن آنهاست که باعث می شود ذخیره انرژی لیتیوم-یون در مقیاس بزرگ در مراکز پرجمعیت شهرها و نزدیک کارخانه های فرآوری فلز یا تولید مواد شیمیایی مناسب نباشد.

اکنون Alsym Energy یک جایگزین غیر قابل اشتعال و غیر سمی برای باتری‌های لیتیوم یونی ایجاد کرده است تا به انرژی‌های تجدیدپذیر مانند باد و خورشید کمک کند تا شکاف را در طیف وسیع‌تری از بخش‌ها پر کنند. الکترودهای این شرکت از مواد نسبتاً پایدار و فراوان استفاده می‌کنند و الکترولیت آن عمدتاً آب با برخی افزودنی‌های غیرسمی است.

کریپا واراناسی، یکی از بنیانگذاران Alsym و پروفسور MIT می گوید: «تجدیدپذیرها متناوب هستند، بنابراین شما نیاز به ذخیره سازی دارید، و برای حل واقعی مشکل کربن زدایی، ما باید بتوانیم این باتری ها را در هر جایی با هزینه کم بسازیم.

این شرکت بر این باور است که باتری‌هایش، که در حال حاضر توسط مشتریان بالقوه در سراسر جهان آزمایش می‌شوند، پتانسیل بسیار زیادی برای کربن‌زدایی بخش تولید صنعتی با آلایندگی بالا دارند و آن‌ها شاهد کاربردهای دیگری از استخراج تا تامین انرژی مراکز داده، خانه‌ها و تاسیسات هستند.

موکش چاتر، یکی از بنیانگذاران و مدیرعامل آلسیم می گوید: «ما در حال کربن زدایی از بازارها هستیم که قبلاً امکان پذیر نبود. هیچ کارخانه شیمیایی یا فولادی جرأت نمی‌کند باتری لیتیومی را به دلیل اشتعال‌پذیری نزدیک محل خود قرار دهد و انتشار گازهای گلخانه‌ای صنعتی مشکلی بسیار بزرگ‌تر از خودروهای سواری است. با این رویکرد، ما می‌توانیم مسیر جدیدی را ارائه دهیم.»

کمک به 1 میلیارد نفر

چتر یک شرکت مخابراتی را با کارآفرینان سریال و اعضای قدیمی جامعه MIT، Ray Stata ’57، SM ’58 و Alec Dingee ’52 در سال 1997 راه اندازی کرد. از زمانی که شرکت در سال 1999 خریداری شد، چتر و همسرش سرمایه گذاری های دیگری را آغاز کرده اند و در برخی از استارت آپ ها، اما پس از از دست دادن مادرش به دلیل سرطان در سال 2012، چتر تصمیم گرفت که می خواهد تأثیر خود را به حداکثر برساند. تنها با کار بر روی فناوری هایی که می تواند به 1 میلیارد نفر یا بیشتر برسد.

مشکلی که چتر تصمیم گرفت روی آن تمرکز کند دسترسی به برق بود.

چتر می‌گوید: «هدف این بود که خانه‌های حداقل یک میلیارد نفر در سراسر جهان را روشن کنیم که یا برق نداشتند یا فقط بخشی از زمان آن را دریافت می‌کردند و اساساً آنها را به زندگی فقیرانه در قرن نوزدهم محکوم می‌کردند. . وقتی به برق دسترسی ندارید، اینترنت، تلفن همراه، آموزش و غیره هم ندارید.»

برای حل این مشکل، چتر تصمیم گرفت برای تحقیق در مورد نوع جدیدی از باتری سرمایه گذاری کند. باتری باید به اندازه کافی ارزان باشد تا در تنظیمات کم منابع استفاده شود، به اندازه کافی ایمن باشد تا در مناطق شلوغ مستقر شود و به اندازه کافی خوب کار کند تا از دو لامپ، یک فن، یک یخچال و یک مودم اینترنتی پشتیبانی کند.

در ابتدا، چتر متعجب شد که چه تعداد کمی از محققان برای شروع تحقیق، حتی از محققان دانشگاه های برتر جهان، وجود دارد.

چتر به یاد می آورد: «این یک مشکل سوزان است، اما خطر شکست آنقدر زیاد بود که هیچ کس نمی خواست از این فرصت استفاده کند.

او سرانجام شرکای خود را در بنارس، پروفسور نیکیل کوراتکار موسسه پلی تکنیک رنسلر و راهول موکرجی، محقق رنسلر، پیدا کرد. بنارس، که اشاره می کند 22 سال در MIT بوده است، می گوید که فرهنگ موسسه به او اعتماد به نفس لازم برای مقابله با مشکلات بزرگ را داده است.

او می گوید: «دانشجویان، فوق دکترا و همکارانم برای من الهام بخش هستند. اکوسیستم MIT این عزم را به ما القا می کند که به دنبال مشکلاتی باشیم که غیرقابل حل به نظر می رسند.

Varanasi یک آزمایشگاه بین رشته ای را در MIT هدایت می کند که به درک پدیده های فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی اختصاص دارد. تحقیقات او باعث ایجاد مواد، دستگاه‌ها، محصولات و فرآیندهایی برای مقابله با چالش‌های انرژی، کشاورزی و سایر بخش‌ها و همچنین شرکت‌های نوپا برای تجاری‌سازی این کار شده است.

او می‌گوید: «کار در رابط‌های ماده، مسیرهای تحقیقاتی جدید متعددی را در زمینه‌های مختلف باز کرده است، و MIT به من آزادی خلاقانه‌ای برای کاوش، کشف، و یادگیری و استفاده از آن دانش برای حل چالش‌های حیاتی داده است». زمانی که قصد توسعه فناوری باتری جدید را داشتیم، توانستم به طور قابل توجهی از آموخته هایم استفاده کنم.

تیم موسس Alsym با تلاش برای طراحی باتری از ابتدا بر اساس مواد جدید که بتواند با پارامترهای تعریف شده توسط Chatter مطابقت داشته باشد، شروع کرد. برای اینکه آن را غیر قابل اشتعال و غیر سمی کنند، بنیانگذاران می خواستند از لیتیوم و کبالت اجتناب کنند.

پس از ارزیابی شیمی‌های مختلف، بنیانگذاران روی رویکرد فعلی Alsym که در سال 2020 نهایی شد، تصمیم گرفتند.

اگرچه ساختار کامل باتری Alsym هنوز در دست نیست زیرا شرکت منتظر است تا پتنت اعطا شود، یکی از الکترودهای Alsym عمدتاً از اکسید منگنز ساخته شده است در حالی که دیگری عمدتاً از اکسید فلز ساخته شده است. الکترولیت در درجه اول آب است.

چندین مزیت برای شیمی باتری جدید Alsym وجود دارد. از آنجایی که باتری ذاتاً ایمن تر و پایدارتر از لیتیوم یون است، این شرکت به حفاظت ایمنی یا تجهیزات خنک کننده یکسانی نیاز ندارد و می تواند باتری های خود را بدون ترس از آتش سوزی یا انفجار نزدیک به یکدیگر بسته بندی کند. بنارس همچنین می گوید باتری را می توان در هر یک از کارخانه های لیتیوم یون امروزی با حداقل تغییرات و با هزینه عملیاتی بسیار کمتر تولید کرد.

چتر می گوید: «در حال حاضر بسیار هیجان زده هستیم. ما شروع کردیم و می‌خواستیم خانه‌های ۱ میلیارد نفر را روشن کنیم، و اکنون علاوه بر هدف اولیه، اگر در کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای موفق باشیم، این شانس را داریم که کل جهان را تحت تأثیر قرار دهیم.»

پلتفرمی جدید برای ذخیره انرژی

اگرچه باتری‌ها به چگالی انرژی باتری‌های لیتیوم یونی نمی‌رسند، بنارس می‌گوید که Alsym در سطح سیستم اولین در میان شیمی‌های جایگزین است. او می گوید ظروف 20 فوتی باتری های آلسیم می توانند 1.7 مگاوات ساعت برق تولید کنند. باتری ها همچنین می توانند به مدت چهار ساعت به سرعت شارژ شوند و می توان آن ها را طوری پیکربندی کرد که بین دو تا 110 ساعت تخلیه شوند.

چتر می‌گوید: «ما بسیار قابل تنظیم هستیم و این مهم است زیرا بسته به جایی که هستید، گاهی اوقات می‌توانید دو چرخه در روز با انرژی خورشیدی بدوید، و در ترکیب با باد، واقعاً می‌توانید 24/7 برق دریافت کنید. نیاز به ذخیره سازی چند روزه یا طولانی مدت بخش کوچکی از بازار است، اما ما از آن نیز پشتیبانی می کنیم.

Alsym در دو سال گذشته نمونه های اولیه را در یک مرکز کوچک در Woburn، ماساچوست تولید کرده است و اوایل امسال ظرفیت خود را افزایش داد و شروع به ارسال نمونه برای مشتریان برای آزمایش میدانی کرد.

علاوه بر تاسیسات بزرگ، این شرکت با شهرداری ها، تولیدکنندگان ژنراتور و تامین کنندگان برق پشت متری برای ساختمان های مسکونی و تجاری همکاری می کند. این شرکت همچنین در حال مذاکره با تولیدکنندگان بزرگ مواد شیمیایی و کارخانه‌های فرآوری فلز است تا سیستم ذخیره‌سازی انرژی را برای کاهش ردپای کربن خود فراهم کند، چیزی که آنها می‌گویند با باتری‌های لیتیوم یونی، به دلیل اشتعال پذیری، یا با باتری‌های غیرلیتیومی، امکان‌پذیر نیست. فضای مورد نیاز آنها

یکی دیگر از حوزه های حیاتی مراکز داده است. با رشد هوش مصنوعی، تقاضا برای مراکز داده – و مصرف انرژی آنها – افزایش می یابد.

بنارس می گوید: «ما باید انقلاب هوش مصنوعی و دیجیتالی شدن را بدون به خطر انداختن سیاره خود تقویت کنیم. باتری های Alsym موقعیت خوبی دارند تا جایگزین ایمن تر و پایدارتر ارائه دهند. متناوب بودن همچنین یک مسئله کلیدی برای الکترولیزهای مورد استفاده در تولید هیدروژن سبز و سایر بازارها است.

Varanasi Alsym را به عنوان یک شرکت پلتفرم می‌بیند و Chatter می‌گوید Alsym در حال حاضر روی سایر مواد شیمیایی باتری کار می‌کند که چگالی بالاتری دارند و عملکرد را در دماهای شدیدتر حفظ می‌کنند.

بنارس می‌گوید: «وقتی از یک ماده در هر باتری استفاده می‌کنید، و تمام دنیا شروع به استفاده از آن می‌کنند، آن ماده تمام می‌شود. آنچه ما داریم پلتفرمی است که به ما این امکان را می‌دهد که نه تنها یک شیمی ارائه کنیم، بلکه حداقل سه یا چهار شیمی را برای کاربردهای مختلف هدف قرار دهیم، بنابراین هیچ مجموعه خاصی از مواد از نظر عرضه تحت فشار قرار نخواهد گرفت.