لا تريد بطاريات مصنوعة من الحجارة؟ هل نحن بصدد ثورة جديدة في مجال البطاريات القابلة لإعادة الشحن؟ عن كل هذا اليوم.
في جميع أنحاء العالم ، كان هناك سباق طويل لتحقيق أقصى قدر ممكن من الكفاءة لما يسمى بالطاقة الخضراء. مصادر الطاقة المتجددة التي لا تنبعث منها غازات الدفيئة في الغلاف الجوي هي مستقبل حضارتنا التي لا يشك فيها أحد. لم يعد هذا مجرد حلم ، بل حاجة اليوم. يدق العلماء ناقوس الخطر أكثر فأكثر ، ويحثوننا على توفير الكهرباء ومحاولة استخدام الأجهزة الكهربائية بأكبر قدر ممكن من الكفاءة.
مثير للاهتمام أيضًا: إعادة النظر Motorola الحافة 40: نفس "القمة مقابل المال"
تعمل معظم الأجهزة بالبطاريات أو البطاريات، من مشغلات Walkman القديمة إلى أحدث الهواتف الذكية أو السيارات الكهربائية ، استنادًا إلى تقنيات الليثيوم أيون (Li-ion). لقد تم استخدامها لسنوات عديدة في معظم الأجهزة الكهربائية والأجهزة التكنولوجية ، على الرغم من أنها ليست ذات كفاءة عالية في استخدام الطاقة ودائمة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن التخلص منها بمرور الوقت يصبح مشكلة حقيقية للوضع البيئي لبيئتنا.
يتم وضع بطاريات الليثيوم أيون في كل مكان تقريبًا ، لأنها رخيصة الثمن وذات أداء عالٍ. نظرًا لانخفاض تكلفة هذه البطاريات بشكل كبير خلال العقد الماضي ، فقد أصبحت البديل الأكثر قابلية للتطبيق للاستخدام طويل الأجل ، وذلك ببساطة بسبب وفرتها الهائلة. اليوم ، حققت هذه البطاريات تكلفة منخفضة وزيادة كثافة الطاقة ليس من خلال الاختراقات التكنولوجية ، ولكن من خلال التحسين الهندسي البسيط والمستمر لأساليب التصنيع والأدوات والكفاءة.
ومع ذلك ، مع تطوير أساليب وتقنيات جديدة لإنتاج الكهرباء ، يتزايد الطلب على طرق فعالة لتخزينها. على نطاق صغير ، لا توجد مشاكل في هذا - الحل هو أنواع مختلفة من البطاريات والمراكم ، والتي تعتبر عنصرًا واضحًا للواقع مثل الكهرباء نفسها.
يتم استخدامها لتشغيل الهواتف ، وأنواع مختلفة من الإضاءة ، وكانت هناك حاجة إليها في السابق لاستخدام المصابيح اليدوية أو مشغلات الموسيقى ، على الرغم من أن كل هذه الأشياء موجودة الآن في هواتفنا الذكية. ولكن كيف تخزن الطاقة اللازمة لتشغيل منزل بأكمله؟ اتضح أن البطاريات يمكن أن تكون مفيدة في هذه الحالة أيضًا. بالطبع ، نحن لا نتحدث عن بطاريات من نوع "الأصابع" المشهورة المتوفرة في المتاجر ، ولكن عن أجهزة جديدة تمامًا ، وهي إنجازات هندسية مثيرة في حد ذاتها.
لطالما كانت الأبحاث جارية لتطوير بطاريات جديدة يمكنها منافسة بطاريات الليثيوم أيون من حيث الأداء والتكلفة والمتانة.
العديد من هذه التقنيات الجديدة ليست جديدة تمامًا. في جوهرها ، تعمل بشكل مشابه لبطاريات الليثيوم أيون ، ولكن باستخدام مواد مختلفة. فيما يلي بعض الأمثلة الأكثر إثارة للاهتمام للتقنيات التي يمكن أن تحدث ثورة في مجال تخزين الطاقة قريبًا.
اقرأ أيضا: 7 أروع استخدامات ChatGPT
هذا النوع من البطاريات ، على عكس الأنواع الأخرى ، لا يستخدم الإلكتروليتات السائلة أو الهلامية ، ولكنه يستخدم الأشكال الصلبة. عادة ما تكون هذه الإلكتروليتات في شكل سيراميك أو زجاج أو بوليمرات أو كبريتات. تعد بطاريات الحالة الصلبة أكثر كفاءة لأنها توفر المزيد من الطاقة لنفس أبعاد نظيراتها من الليثيوم أيون. لديهم إمكانات كبيرة ، لا سيما في مجال تشغيل المركبات الكهربائية.
تتمتع بطارية الحالة الصلبة بإمكانية حل معظم المشكلات المذكورة أعلاه مع بطاريات الليثيوم أيون الحالية. يمكن أن تحتوي بطارية الحالة الصلبة الزجاجية على ثلاثة أضعاف كثافة الطاقة باستخدام أنود فلز قلوي (ليثيوم أو صوديوم أو بوتاسيوم) ، مما يزيد من كثافة طاقة الكاثود ويوفر عمرًا طويلاً. يعتبر المنحل بالكهرباء الصلب غير قابل للاشتعال أو على الأقل مقاوم للاشتعال الذاتي. تقلل الطبيعة غير القابلة للاشتعال للبطاريات الصلبة أيضًا من خطر ارتفاع درجة الحرارة ، مما يسمح بتعبئة الخلايا بشكل أكثر إحكامًا ، وبالتالي زيادة مرونة التصميم والكثافة الظاهرية.
ترتبط الآمال الكبيرة لهذه البطاريات بحقيقة أنها يمكن أن تدوم لفترة أطول. وهذه إضافة كبيرة في عالم اليوم.
ومع ذلك ، فإن بطاريات الحالة الصلبة حاليًا في مستوى منخفض من الاستعداد التكنولوجي ولا تزال الأبحاث الأساسية جارية ، مما يتسبب في عدم اليقين والمخاوف بشأن ارتفاع تكلفة الإنتاج وقابلية التوسع. يتمثل التحدي أيضًا في إدخال الإلكتروليتات الصلبة في عملية تتوافق مع ممارسات التصنيع الحديثة ، والتي لا ينبغي أن تؤثر على متانة أو تكلفة المنتج النهائي ، بالإضافة إلى إضافة مزايا مثل تحسين كثافة الطاقة والطاقة ، وزيادة السلامة ، وإنتاجية أعلى.
اقرأ أيضا: اختبرت وأجريت مقابلات مع روبوت الدردشة الخاص بـ Bing
بدأت بطاريات الليثيوم الكبريتية (يجب عدم الخلط بينها وبين "الكبريت الليثيوم" - هذه البطاريات الأبدية تغذيها نزاعات الأوكرانيين) في التطوير والبحث منذ الستينيات من القرن الماضي كجهاز فعال لـ تخزين الطاقة باستخدام تفاعلات كهروكيميائية عكسية. على الرغم من التطور السريع وتسويق تكنولوجيا بطاريات الليثيوم أيون (LIB) ، لم يتم تحقيق أي تقدم لحل التحديات التقنية الحاسمة التي تواجه بطاريات الليثيوم أيون في العقود القادمة. لذلك ، في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، استعادت بطاريات Li-S اهتمامًا كبيرًا من المطورين نظرًا لمزاياها - التكلفة المنخفضة والطاقة النوعية النظرية العالية. هذه المؤشرات أعلى بثلاث مرات تقريبًا من خصائص بطاريات الليثيوم أيون الحالية. تجعل التكلفة المنخفضة والمحتوى العالي للكبريت (أي مادة الكاثود النشطة) بطاريات الليثيوم-الكبريت أكثر جاذبية من بطاريات الليثيوم أيون ، بالنظر إلى حقيقة أن الأخيرة تستخدم مواد مهمة مثل الكوبالت والنيكل في إنتاج الكاثود.
وفي بطاريات الليثيوم-الكبريت ، يصنع الكاثود ، وهو أحد قطبين في البطارية ، من الكبريت. هذا العنصر أكثر توازناً من النيكل والكوبالت التقليديين. هذه البطاريات أكثر كفاءة من بطاريات الليثيوم أيون. من الواضح أن هذا يمكن أن يؤدي إلى مدى أطول من السيارات التي سيتم استخدامها فيها. يمكننا القول أن الميزة الكبرى لهذه البطاريات هي أن الكبريت مادة خام غير مكلفة وواسعة الانتشار. في الوقت نفسه ، فإن عملية إنتاج هذه البطاريات تشبه إلى حد بعيد تلك المستخدمة في إنتاج بطاريات الليثيوم أيون ، مما يعني أنه يمكن استخدام نفس الأجهزة وقدرات الإنتاج لإنتاجها.
ميزة أخرى لهذه الأنواع من البطاريات هي كمية أقل من الطاقة اللازمة لتصنيعها ، بحوالي 25٪. كل هذه الميزات يمكن أن تجعل إنتاج بطاريات الليثيوم الكبريت مربحًا للغاية.
التطورات بالفعل على قدم وساق. حققت شركة Lyten نجاحًا كبيرًا بشكل خاص في هذا المجال. لديها بالفعل منصة بطارية LytCell EV كاملة. تقول الشركة إن بطاريتها أرخص وأكثر أمانًا من بطاريات الليثيوم أيون الحالية ، ويمكن استخدامها في السيارات الكهربائية ذات الإنتاج الضخم التي تم تصنيعها في الولايات المتحدة بحلول منتصف هذا العقد.
مثير للاهتمام أيضًا: Google Bard AI: كل ما تحتاج إلى معرفته
يعمل هذا النوع من البطاريات على أساس عملية أكسدة الحديد باستخدام الهواء. في عملية إعادة الشحن ، يتم تحويل المواد المؤكسدة مرة أخرى إلى حديد في عملية تعرف بالأكسدة العكسية. من المتوقع أن تنتشر بطاريات الحديد-الهواء على نطاق واسع في المستقبل القريب ، ويرجع ذلك أساسًا إلى أنها تسمح بتخزين الطاقة ما يقرب من 25 مرة أطول من بطاريات الليثيوم أيون.
نظرًا للاحتياطيات الكبيرة جدًا من الحديد والهواء ، فإن تكلفة هذه البطاريات بالتأكيد أقل بكثير. وفقًا للتقديرات ، يمكن أن يكون سعرها أقل من البطاريات الحالية بنحو 10 مرات! لسوء الحظ ، فإن هذه البطاريات لها عيب كبير - نظرًا لبطء معدل أكسدة الحديد ، قد يستغرق شحنها وقتًا طويلاً.
تعمل شركة Form Energy الناشئة ، التي نشأت على أساس معهد ماساتشوستس الشهير للتكنولوجيا (MIT) ، على تطوير بطاريات حديد-هواء بنجاح. بطاريات Form Energy ، وفقًا للمطورين ، أرخص بعشر مرات من الليثيوم ، وهي تستخدم الحديد بكثرة في العالم. في الوقت نفسه ، يمكن أن تدوم بطاريات الحديد الهوائية لفترة أطول من بطاريات الليثيوم وهي أيضًا أكثر أمانًا لأنها غير قابلة للاشتعال.
العيب الوحيد الذي نراه في الوقت الحالي هو أن هذه البطاريات بطيئة الشحن ، مما يجعلها خيارًا أقل قابلية للتطبيق من بطاريات الليثيوم ، على سبيل المثال في حالة أجهزة الكمبيوتر المحمولة أو الهواتف الذكية. من ناحية أخرى ، تعد حلاً ممتازًا لتخزين الطاقة على مستوى شبكة الطاقة الوطنية ، حيث يمكنها توفير 100 ساعة من تخزين الطاقة ، أطول بكثير من بطاريات الليثيوم ، والتي يمكن أن تستمر حتى ست ساعات. وبهذه الطريقة ، يمكنهم تسهيل تكامل الحدائق الشمسية ومزارع الرياح على نطاق واسع.
مثير للاهتمام أيضًا: ظاهرة البلوز: ما نوع الخدمة وهل هي لفترة طويلة؟
مثال آخر مثير للاهتمام لنوع جديد من البطاريات هو تلك التي تخزن الحرارة بدلاً من الكهرباء. على سبيل المثال ، تعمل شركة Brenmiller Energy الإسرائيلية على استخدام مواد بديلة ، مثل الصخور ، لتخزين الطاقة الحرارية. منذ عام 2012 ، تستخدم Brenmiller Energy الحجر المسحوق أولاً للتوليد ثم لتخزين الطاقة الحرارية. يمكن استخدام هذه التقنيات ، بدورها ، لأغراض مختلفة ، على سبيل المثال ، في الصناعة.
ومن المثير للاهتمام أن فكرة استخدام الحجر المسحوق لتخزين الطاقة ليست جديدة تمامًا. ناسا ، التي لديها العديد من التقنيات الجديدة لحسابها ، كانت تختبر تقنيات تخزين الطاقة الحرارية منذ سبعينيات القرن الماضي. على عكس البطاريات التقليدية ، تستخدم البطاريات التي تنتجها الشركة الإسرائيلية الطاقة لإنتاج البخار أو الماء الساخن أو الهواء الساخن. تقول Brenmiller Energy إن مصنعها ، المسمى Tempo ، سيكون قادرًا على تخزين ما يصل إلى 35 ميجاوات من الطاقة ، مما ينتج ما يصل إلى 14 طنًا من البخار في الساعة.
هذا مهم جدًا للاقتصاد الإسرائيلي ، حيث يأتي ما يصل إلى 45 في المائة من جميع الانبعاثات المرتبطة بالطاقة من قطاع التدفئة الصناعية. يهدف هذا المشروع إلى استبدال الغلايات البخارية التي تعمل بالوقود الأحفوري التقليدي.
الحقائق الجديدة تتطلب حلولا جديدة. سيساهم ظهور أنواع جديدة من البطاريات في تطوير التقنيات في مجال توفير الطاقة. ربما في غضون بضع سنوات ، لن تكون هناك حاجة إلى شحن الكمبيوتر المحمول أو الهاتف الذكي الخاص بك كل يوم ، لأنه سيعمل لمدة شهر ، أو ربما حتى عام ، بشحنة واحدة. وفي الوقت نفسه ، لن يوفر النوع الجديد من البطاريات الطاقة فحسب ، بل سيساهم أيضًا في الحفاظ على البيئة.
مثير للاهتمام أيضًا:
اترك تعليق