تخزين الكهرباء.. بطارية الملح تقنية جديدة رخيصة الثمن

في غياب السطوع اللازم لتشغيل ألواح الطاقة الشمسية وتوقف توربينات الرياح عن الدوران، تحتاج الشبكة الكهربائية التي تدمج طاقة الرياح والطاقة الشمسية بسلاسة إلى طريقة لتخزين الكهرباء بكميات كبيرة.

ويمكن لبطارية الملح المصهور الجديدة أن توفر شبكة تخزين أرخص من المنافسين باستخدام مواد منخفضة التكلفة وغير سامة، وتستطيع تخزين الكهرباء لأشهر دون فقدان سعة التخزين.

وابتكر باحثون في مختبر "باسيفيك نورث ويست ناشيونال لابروتوري" (بي إن إن إل) في الولايات المتحدة الآن بطارية كهذه، وفقًا لما نشره موقع مجلة "أنثروبوسين ماغازين" الأميركية في 7 أبريل/نيسان الجاري.

البطارية الجديدة

تخزّن بطارية "تجميد-الذوبان" الجديدة الكهرباء لأشهر عندما تنتقل المادة النشطة بداخلها من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة، وعند تسخين تلك المادة، يمكنها تفريغ 90% من الكهرباء المخزنة، كما أفاد الباحثون في مجلة "سيل ربورتس فيزيكل ساينس" الأميركية.

وقال المحرر في المجلة، مينيوان لي: إن عمل البطارية يشبه إلى حد كبير زراعة النباتات الغذائية في الحديقة في فصل الربيع، ووضع الكمية الإضافية في وعاء في الثلاجة، ثم إذابتها لتناول وجبة العشاء في الشتاء.

• ارتفاع عدد مشروعات بطاريات تخزين الكهرباء في بريطانيا

وعلاوة على ذلك، حلّت طاقة الرياح والطاقة الشمسية محل الفحم والغاز الطبيعي بسرعة في السنوات الأخيرة، وتشكل الآن أكثر من 9% من توليد الكهرباء في العالم، وفقًا لوكالة الطاقة الدولية.

ومن المتوقع أن يؤدي ارتفاع أسعار الغاز الطبيعي والفحم بسبب الحرب في أوكرانيا وتفشي وباء كوفيد-19 إلى تسريع التحول نحو مصادر الطاقة المتجددة.

تقنيات تخزين الكهرباء

ستكون تقنيات تخزين الكهرباء طويلة الأمد أساسية للتحول نحو مصادر الطاقة المتجددة، في حين تعتمد معظم شبكات التخزين اليوم على بطاريات الليثيوم أيون باهظة الثمن، أو على بطاريات الرصاص الحمضية، التي تتحمل عبء استخدام الرصاص السام.

ولذلك يبذل الخبراء والشركات المصنِّعة جهدًا متزايدًا لتطوير تقنيات جديدة للبطاريات مثل بطاريات التدفق وأنواع أخرى من تخزين الكهرباء مثل التخزين القائم على الجاذبية.

وتمثل بطارية مختبر "باسيفيك نورث ويست ناشيونال لابروتوري" (بي إن إن إل) نوعًا من بطاريات الملح المصهور، وهي تقنية كانت موجودة منذ عدة عقود.

• بطاريات أيونات الليثيوم.. إعادة استعمالها يقلل الأثر الكربوني 17% (دراسة)
• أفضل بطارية لتخزين الكهرباء.. دراسة تكشف أسباب تفوق الليثيوم على الرصاص

وتستخدم هذه البطارية عادةً ملحًا مصهورًا -وهو مادة صلبة في درجة حرارة الغرفة وتصبح سائلة عند ارتفاع درجةالحرارة - مثل الإلكتروليت الذي يسمح للشحنة بالتدفق بين الأقطاب الكهربائية.

تكاليف رخيصة

ابتكر فريق الباحيثن في المختبر تصميمًا يعتمد على مواد شائعة ومنخفضة التكلفة وأقل تفاعلًا، مقارنةً بالتركيب الكيميائي المعروف لبطاريات الملح المصهور.

ويُصنَع القطب الموجب والقطب السالب من الألومنيوم الصلب والنيكل، على التوالي، ويغمرها الباحثون في ملح مذاب مكوّن من خلطة الصوديوم والألومنيوم والكلوريد.

وتُشحن البطارية عند 180 درجة مئوية، إذ يكون الإلكتروليت "المنحل بالكهرباء" في حالته المنصهرة، ما يسمح للأيونات بالتدفق لتوليد الكهرباء.

وبالمقارنة، تُسمّى بطاريات الملح المصهور التجارية بطاريات كبريت الصوديوم، وتعمل عند درجة حرارة 245-350 مئوية.

ويؤدي تبريد الجهاز إلى درجة حرارة الغرفة إلى تصلب الإلكتروليت، ما يحافظ على أيوناته في مكانها ويؤمن كهرباء البطارية. ويجب إعادة تسخين البطارية كلما دعت الحاجة إلى استخدام تلك الكهرباء المخزنة.

وتُجدر الإشارة إلى أن الاختبارات التي أُجريت على النموذج الأولي للبطارية بحجم قرص الهوكي أظهرت أنها احتفظت بنسبة 92% من كهربائها على مدار 12 أسبوعًا.

ومن ناحيتها، تسمح التركيبة الكيميائية المستقرة لفريق باحثي بطارية مختبر "باسيفيك نورث ويست ناشيونال لابروتوري" بإجراء ترقية مهمة.

وعلاوة على ذلك، تتطلب بطاريات الملح المصهور التقليدية ذات درجة الحرارة المرتفعة فواصل سيراميك هشة بين الأقطاب الكهربائية، قد تكون هذه البطاريات أكثر تكلفة ويمكن أن تنكسر في أثناء دورة تجميد الذوبان.

تطوير التقنية

واستخدم باحثو بطارية مختبر "باسيفيك نورث ويست ناشيونال لابروتوري" فاصلًا أرخص ثمنًا وأقوى من الألياف الزجاجية، وقدروا تكلفة مواد البطارية بنحو 23 دولارًا للكيلوواط/ساعة.

ويتوقع الباحثون أن بإمكانهم خفض التكلفة إلى نحو 6 دولارات للكيلوواط/ساعة، باستخدام معادن رخيصة الثمن مثل الحديد، وهو ما يقل بنحو 15 مرة عن تكلفة المواد المستخدمة في بطاريات الليثيوم أيون الحالية.

اقرأ أيضًا..

• إنتاج أوبك+ النفطي يتراجع للمرة الأولى خلال 13 شهرًا (مسح)
• حظر الفحم الروسي يُهدد بارتفاع أسعار الكهرباء في أوروبا (تقرير)