منیزیم
باتری‌های منیزیم-هوا

در باتری‌های معمولی در الکترود منفی از مواد فعال الکترون دهنده (این مواد عامل تولید الکتریسیته هستند) و در الکترود مثبت از مواد فعال الکترون گیرنده استفاده می‌شود. در Air Batteryها اکسیژن موجود در هوا به عنوان ماده الکترون گیرنده در الکترود مثبت قرار می‌گیرد و در الکترود منفی نیز مواد فعال الکترون‌دهنده قرار می‌گیرد. واضح است که به دلیل این که ماده خاصی در الکترود مثبت قرار نمی‌گیرد، چگالی انرژی در این باتری‌ها نسبت به باتری‌های متعارف دیگر به مراتب بالاتر است.
در باتری منیزیم-هوا، منیزیم به عنوان مادهٔ فعال در الکترود منفی قرار می‌گیرد وقتی که منیزیم در الکترود منفی با اکسیژن در الکترود مثبت واکنش می‌دهد فرایند اکسید شدن رخ می‌دهد و انرژی الکتریکی تولید می‌شود و چیزی که باقی می‌ماند اکسید منیزیم خواهد بود.
ما در این‌جا به بررسی تفاوت‌های بین موتور الکتریکی و اتومبیل با باتری منیزیم-هوا می‌پردازیم و هر دو طبقه‌بندی را با فرض آن‌که قیمت منیزیم به حدی پایین بیاید که از آن بتوان به عنوان سوختی با صرفهٔ اقتصادی یاد کرد پیش می‌بریم.
بر اساس گزارش سازمان NEDO تا سال ۲۰۲۰ میلادی میزان مسافت طی‌شده توسط باتری‌های یونی لیتیمی در یک دور شارژ کامل با وزنی حدود ۸۰ کیلوگرم به حدود ۲۰۰ کیلومتر خواهد رسید. حال با وزن ثابت میزان مسافت طی‌شده توسط باتری منیزیم-هوا، ۷ برابر خواهد شد و به‌طور معکوس با میزان مسافت طی‌شده برابر، وزن این باتری در مقایسه با باتری‌های یونی لیتیمی به یک هفدهم تقلیل می‌یابد؛ و این حقیقتی است که در آینده باعث افزایش استفاده از این باتری‌ها خواهد شد. قضاوت در مورد فضای اشغال‌شده توسط باتری‌های یونی لیتیمی بر اساس وزن این باتری تصویر روشنی به ما نمی‌دهند و این به این معنی است که فضای اشغال‌شده توسط این باتری خارج از دسترس نخواهد بود ولی بدیهی است که باتری‌های منیزیم-هوا از لحاظ سایز نیز به مراتب استانداردتر خواهند بود.
از منظری دیگر اکثر خودروها هنگام احتراق و تولید توان، گاز دی‌اکسید کربن و گازهای مضر دیگری تولید می‌کنند ولی باتری‌های منیزیم-هوا از این نظر نیز سرآمد هستند. حال آن‌که یکی از مشکلات اساسی این ماشین‌ها سوخت‌گیری و شارژ طاقت‌فرسای این باتری‌هاست. به یاد دارید که یکی از مشکلات اساسی خودروهای الکتریکی، زیرساخت‌های ایستگاه سوخت‌گیری و شارژ این خودروها بود به‌طوری‌که نیاز بود تا این ایستگاه‌ها در فواصل کمی نسبت به هم قرار گیرند تا بتوانند شرایط پیمودن مسیرهای طولانی را فراهم سازند؛ ولی باتری‌های منیزیم-هوا همانند خودروهای الکتریکی نیازمند زیرساخت‌های وسیعی نمی‌باشند و منیزیم را می‌توان به راحتی در فروشگاه‌های مختلف جایگزین منیزیم اکسید موجود در باتری نمود.
همان‌طور که می‌دانید از فعالیت باتری منیزیم-هوا، اکسید منیزیم تولید می‌شود و ایده بسیار کارآمدی خواهد بود اگر بتوان فرایندی را تبعیت کرد که در آن منیزیم اکسید موجود در باتری، پس از جایگزین نمودن با پک منیزیمی جدید، در چرخه بازیافت توسط لیزر-پمپ شده- خورشیدی قرار داده شود.
از این گذشته باتری‌های یونی لیتیمی، در زمینه تأمین مواد خام اولیه نیز با مشکلاتی رو به رو هستند. به‌طور معمول خودروها برای پیمودن مسافت ۵۰۰ کیلومتری نیازمند توانی حدود ۱۰۰ کیلووات ساعت هستند. حال به دلیل آن‌که ظرفیت ویژه این عنصر برابر 3.83A.h/g بوده ولتاژ خروجی این باتری‌ها برابر ۳ ولت است در نتیجه توانی برابر ۱۱٫۵ وات ساعت به ازای هر گرم لیتیم تولید می‌شود که برای تأمین انرژی فوق، ۸٫۷ کیلوگرم لیتیم نیاز خواهد بود (البته با فرض این که صد در صد توان تولید توسط لیتیم مورد استفاده قرار گیرد). در حال حاضر ۹۰۰ میلیون خودرو در جهان در حال استفاده است که میزان لیتیم مورد نیاز برای تجهیز این تعداد خودرو برابر ۷٫۸۰۰٫۰۰۰ تن خواهد بود و با توجه به اینکه میزان ذخایر در دسترس فعلی لیتیم برابر ۴ میلیون تن است در نتیجه حتی اگر کل این مقدار در زمینه تولید خودرو مصرف شود با این حال این میزان از منابع کفاف تأمین این تعداد خودرو را نخواهند داشت. در حال حاضر سرانه تولید منابع لیتیم در جهان برابر ۲۵٫۰۰۰ تن است ولی انتظار می‌رود که با افزایش میزان تقاضا این مقدار در آینده به سرعت رشد کند و در حال حاضر نیز رقابتی در این زمینه در جهان علی‌الخصوص بین کشورهای آمریکای جنوبی و چین آغاز گردیده است؛ ولی گفتن این نکته لازم است که اگر باتری‌های یونی لیتیمی فراگیر شوند در این صورت محدودیت ذخایر عنصر لیتیم نسبت به نفت خام بیشتر خواهد شد. همچنین گفته می‌شود که هزینه بازیافت لیتیم از باتری‌های یونی لیتیمی مصرف شده به‌طور معمول بیشتر از هزینه تولید آن‌ها خواهد بود. آب دریا حاوی لیتیم است و تحقیقاتی در زمینه استخراج لیتیم از آب دریا در دست انجام است ولی در واقع میزان لیتیم موجود در آب دریا نسبت به منیزیم بسیار ناچیز است به صورتی که در هر کیلوگرم آب دریا ۱٫۲۹ گرم منیزیم یافت می‌شود که این میزان برای لیتیم به ۰٫۰۰۰۰۱ گرم در هر کیلوگرم آب دریا تقلیل می‌یابد. از طرفی در حال حاضر هزینه استخراج لیتیم از آب دریا حدود ۱۰۰ الی ۲۰۰ دلار بوده و نیاز است که این هزینه برای کارآمد شدن و مطرح شدن لیتیم به عنوان سوخت کاهش یابد.
تحقیقات در مورد باتری‌های فلز-هوا منحصر به باتری‌های منیزیم-هوا نمی‌شود بلکه از فلزاتی همچون آلومینیم، لیتیم و سرب نیز در این باتری‌ها استفاده می‌شود اگر چه که از شروع تحقیقات روی این دسته از باتری‌ها زمان زیادی نمی‌گذرد. لازم است ذکر شود که میزان چگالی انرژی باتری‌های لیتیم-هوا از نوع منیزیمی این باتری‌ها بیشتر است و در صورت استفاده از نوع لیتیمی، خروجی بیشتری نسبت به نوع منیزیمی خواهیم داشت؛ ولی همان‌طور که در مورد باتری‌های یونی لیتیمی گفته شد، مشکل کمبود منابع در مورد این باتری‌ها نیز صادق است به صورتی که برای ساخت و تجهیز وسایل الکتریکی نیاز بالایی به لیتیم و ترکیبات مختلف آن خواهیم داشت؛ ولی می‌دانیم که سوخت باتری منیزیم-هوا را می‌توان با هزینه کمی بازیافت کرد و از طرفی دیگر میزان ذخایر منیزیم نسبت به لیتیم به مراتب بیشتر است. به همین دلیل است که می‌توان منیزیم را به عنوان سوختی مطمئن تر نسبت به لیتیم یاد کرد.
بشر در آینده به سمت سوختی خواهد رفت که از لحاظ در دسترس بودن و فراوانی منابع غنی بوده و بتواند توان کارآمدی را با چگالی انرژی بالا و با صرفه اقتصادی تولید نماید و از طرفی دیگر بتواند نیاز آلودگی‌های محیط زیستی بشر که ناشی از سوخت‌های فسیلی است را برطرف کند. حال من حیث مجموع چرخه انرژی پاک جدید منیزیم و لیزر-پمپ شده-خورشیدی راه حلی است که می‌تواند کلیدی برای حل این مشکل باشد زیرا همان‌طور که در بخش‌های گذشته به آن اشاره گردید این منبع ناتمام انرژی، با توجه به فراوانی و چگالی انرژی بالا و پاک بودن چرخه تولید و استفاده می‌تواند به عنوان یکی از بهترین کاندیدها برای جایگزینی سوخت‌های فسیلی قرار گیرد.