أيهما أكثر أمانًا بطارية الليثيوم أيون أم الحالة الصلبة؟ (تقرير)
إحداهما أكثر انتشارًا والأخرى مؤهلة للاقتصاد الأخضر
نوار صبح
- • بطارية أيونات الليثيوم أكثر تقنيات البطاريات المستخدمة انتشارًا اليوم.
- • جذبت بطاريات الحالة الصلبة الكثير من الاهتمام من جميع أنحاء صناعة الطاقة.
- • بطاريات الحالة الصلبة تمنع حصول العديد من مشكلات السلامة.
- • بطاريات الحالة الصلبة وبطاريات أيونات الليثيوم تحتويان على الليثيوم.
- • بطاريات الحالة الصلبة يمكن أن تكون أكثر كفاءة من بطاريات الليثيوم العادية.
تُعَد تقنية البطاريات، سواء بطارية الليثيوم أيون أو الحالة الصلبة، إحدى الركائز المهمة في تحول الطاقة؛ ما يسهل إزالة الكربون من قطاع النقل ويدعم مساهمة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح في توليد الكهرباء.
وقد لا تكون بطاريات الليثيوم أيون المستخدمة على نطاق واسع مؤهلة لتحمّل مهمة بناء مستقبل الاقتصاد الأخضر.
وتمثل بطارية الليثيوم أيون أكثر تقنيات البطاريات المستخدمة انتشارًا اليوم، وتتميز بكثافة طاقة عالية مقارنةً ببطاريات النيكل والكادميوم القديمة، التي تفقد سعة التخزين نتيجة الاستخدام المستمر.
من ناحيتها، تنتج الشركات الصينية، حاليًا -ومنها شركة "سي إيه تي إل" و"بي واي دي" و"هيفي غوكسوان" و"هاي تك"- 79% من بطاريات العالم، وفقًا لما نشرته مجلة "فوربس".
في المقابل، جذبت بطاريات الحالة الصلبة، المنتَج الجديد في سلسلة البطارية، الكثير من الاهتمام من جميع أنحاء صناعة الطاقة.
التشكيك في أمان البطاريات
نظرًا لعدم وجود إلكتروليت -وهو مادة تحتوي على أيونات حرة تشكل وسطًا ناقلًا للكهرباء سائلًا قابلًا للاشتعال؛ فإن بطاريات الحالة الصلبة تمنع حصول العديد من مشكلات السلامة التي تعانيها بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، دون فقدان بالكهرباء.
في هذا السياق، شككت دراسة جديدة في فكرة أن تكون بطاريات الحالة الصلبة، التي تخضع للاختبارات والبحث، بطبيعتها أكثر أمانًا من بطاريات الليثيوم أيون، حسبما نشرت مجلة "كوزموس ماغازين".
وقارن البحث الذي نشرته مجلة "جول" بين بطاريات الحالة الصلبة وبطاريات الليثيوم أيون الأكثر تداولًا، وتوصلت إلى نتائج مختلطة.
وأشار البحث إلى أن كلًا من بطاريات الحالة الصلبة وبطاريات الليثيوم أيون يحتوي على الليثيوم في كليهما، وتنتقل أيونات الوجبة من جزء من البطارية إلى آخر؛ ما يسمح للإلكترونات سالبة الشحنة بالانتقال عبر الدائرة.
وأوضح أن الفرق الرئيس بينهما يتمثل في الوسط الذي تتحرك الأيونات من خلاله، وتستخدم بطارية الليثيوم أيون التقليدية إلكتروليت سائلًا، بينما تستخدم بطارية الحالة الصلبة مادة صلبة.
وتتطلب بطارية الحالة الصلبة من الناحية الفنية وقتًا أكثر لتصنيعها، ولكنها يمكن أن تكون أكثر كفاءة من بطاريات الليثيوم العادية.
بطاريات الحالة الصلبة
قال الباحث في مختبرات سانديا الوطنية بالولايات المتحدة، المؤلف الرئيس لهذا البحث، الدكتور أليكس بيتس، إن بطاريات الحالة الصلبة تتمتع بإمكانية أن تكون أكثر أمانًا، ولديها القدرة على زيادة كثافة الطاقة.
وأوضح أن هذا يعني أن السيارات الكهربائية قادرة على السفر لمسافات أبعد بين مرات الشحن بالكهرباء، أو أنها تحتاج إلى عدد أقل من البطاريات لتخزين الطاقة على نطاق الشبكة.
وأشار إلى أن كمية صغيرة من الإلكتروليت السائل قد تؤدي إلى تحسين أداء بطاريات الحالة الصلبة، دون المساس بالسلامة.
وبيّن الدكتور أليكس بيتس أن إضافة الإلكتروليت السائل قد تساعد في سد الفجوة التجارية، دون الإضرار بالسلامة.
بدوره، قال المؤلف المشارك في البحث، الدكتور يوليا بريغر، إن الكثير من الجدل في فريق أبحاث بطاريات الحالة الصلبة يدور بشأن جدوى تضمين الإلكتروليت السائل في تسهيل الأداء وتسريعه.
ويقول بعض العلماء إن أي كمية من الإلكتروليت السائل غير آمنة. ولذلك أجرى الباحثون دراسات لمعرفة التأثيرات المحتملة لإضافة الإلكتروليت السائل.
اختبار أنواع البطاريات
اختبر الباحثون 3 أنواع مختلفة من البطاريات، هي: بطارية صلبة، وبطارية أيونات ليثيوم، وبطارية هجينة، تحتوي على كميات متفاوتة من الإلكتروليت السائل.
ودرس الباحثون 3 سيناريوهات لأعطال محتملة لكل نوع من أنواع البطاريات، على سبيل المثال: التسخين الخارجي، ماس كهربائي داخلي وعطل ميكانيكي.
في سيناريو الحريق، تطلق البطارية -التي تحتوي على كمية صغيرة من السائل- نحو خُمس كمية الحرارة الناجمة عن احتراق بطارية الليثيوم أيون، ولا تنتج بطارية الحالة الصلبة أي حرارة. وكان أداء جميع البطاريات الـ3 متشابهًا في سيناريو الدائرة القصيرة الداخلية.
وفي سيناريو العطل الميكانيكي، يمكن لبطارية الحالة الصلبة النقية أن تطلق حرارة أكثر من نظيرتها التقليدية.
وقال المؤلف المشارك في البحث، الدكتور يوليا بريغبطار، إن وصف بطاريات الحالة الصلبة بأنها آمنة يعتمد على أن الإلكتروليت الصلب ثابت ومن غير المرجح أن ينكسر.
وأوضح أنه إذا انكسر الإلكتروليت الصلب؛ فقد يتسبب في ارتفاع درجة الحرارة بالقدر نفسه الناجم عن عطل بطاريات الليثيوم أيون.
وأضاف أن البحث توصّل إلى أنه إذا كانت بطارية الحالة الصلبة تحتوي على معدن الليثيوم؛ فمن المحتمل أن تكون خطيرة، بغض النظر عما إذا كانت تحتوي على الإلكتروليت السائل أم لا.
كيفية منع حرائق بطارية الليثيوم أيون
هناك بعض التدابير التي يمكن اتخاذها لمنع بطاريات الليثيوم من التسبب في أضرار للمنازل أو المكاتب والشركات وإصابة الأشخاص الموجودين في مكان قريب، بحسب موقع شركة الاستشارات الهندية "إنفيستا فورينزيكس"، وهي كالتالي:
- شراء البطاريات من المصنّعين الموثوقين فقط.
- عدم شحن البطاريات غير القابلة لإعادة الشحن.
- إبقاء بالبطاريات بعيدًا عن درجات الحرارة المرتفعة.
- عدم إبقاء بالبطاريات على الشاحن عند اكتمال دورة الشحن.
- عدم شحن البطاريات إلا عندما يكون صاحبها موجودًا بالمنزل أو حاضرًا لمراقبة العملية.
- استخدام الشاحن المرفق بالبطارية أو البطارية المدرجة من قبل الشركة المصنعة؛ لأنهما يناسبان البطارية.
- شحن البطارية في حقيبة شحن مقاومة للحريق، إذا كان ذلك ممكنًا.
- فحص البطاريات عند تركيبها لأول مرة وبعد شحنها إن أمكن.
- عند ملاحظة تلف البطارية، لا ينبغي إعادة شحنها.
- عند الشعور بالحرارة الزائدة في جهاز الشحن، يجب نزع الشاحن من مصدر الكهرباء ووضعه بعيدًا عن المواد القابلة للاحتراق حتى يبرد.
- الاتصال بقسم مكافحة الحرائق إذا لزم الأمر.
- استبدل البطارية في أسرع وقت ممكن.
اقرأ أيضًا..
- ولاية هندية تخطط لتحقيق الحياد الكربوني قبل هدف الدولة بـ 20 عامًا
- حظر النفط الروسي في أميركا لن يُفسح الطريق للواردات الإيرانية (مقال)
- هل الألواح الشمسية ثنائية الوجه أفضل في توليد الكهرباء؟.. خبراء يحذرون
مهندس استشاري .شكرا لتعاونكم في مجال الطاقة.