بطاريات الزنك القابلة لإعادة الشحن.. بديل أرخص وأطول عمرًا لليثيوم أيون
دينا قدري
يبدو أن بطاريات الزنك القابلة لإعادة الشحن ستكون بديلًا فعّالًا لبطاريات الليثيوم أيون، إذ ستكون مماثلة لها في الكفاءة، ولكنها تتفوق عليها من حيث التكلفة والعمر الافتراضي.
وقد برز الزنك بوصفه مادة مرشحة لبطاريات الجيل التالي، مع اختبار الشركتين الرئيستين في اليابان، شارب (Sharp) وإف دي كيه (FDK)، منتجات تستعمل هذا المعدن، الذي يُمكن أن يقلل التكاليف بمقدار النصف مقارنةً ببطاريات الليثيوم أيون الشائعة، وفق ما رصدته منصة الطاقة المتخصصة.
وحاول العديد من مصنعي الإلكترونيات تطوير بطاريات الزنك القابلة لإعادة الشحن في النصف الأخير من القرن الـ20، لكنهم فشلوا في التغلب على العقبات التكنولوجية.
وأثارت المنافسة الأخيرة على تقنيات البطاريات الجديدة، التي حفزتها الموارد المحدودة للأرض، اهتمامًا متجددًا بالزنك.
بطاريات الزنك ومعالجة التحديات
تعمل شركة شارب على تطوير بطارية قابلة لإعادة الشحن مصنوعة من الزنك والهواء، بهدف بدء التجارب عليها في السنة المالية 2025.
وتشبه كثافة الطاقة لكل وحدة حجم كثافة بطاريات الليثيوم أيون السائدة؛ ولكن عمرها الافتراضي يبلغ 20 عامًا تقريبًا، أي ضعف عمر بطاريات الليثيوم أيون تقريبًا، وفق ما اطّلعت عليه منصة الطاقة، نقلًا عن صحيفة "آسيا نيكاي" (Asia Nikkei).
يُستعمل الزنك في القطب السالب للبطاريات القلوية التي يُمكن التخلص منها، لكن المعدن لم يُستعمل إلى حدٍ كبير في البطاريات القابلة لإعادة الشحن.
إذ يُمكن أن يؤدي الشحن والتفريغ المتكرر إلى تكوين بلورات تشبه الإبرة على الأقطاب الكهربائية، ما يؤدي إلى حدوث قصر الدوائر الكهربائية.
وتحتوي بطارية الزنك والهواء من "شارب" على خلايا منفصلة للشحن والتفريغ، ما يقلل من احتمالية حدوث قصر الدوائر الكهربائية حتى في حال تشكل البلورات.
وتهدف الشركة إلى استعمال هذه التكنولوجيا في بطاريات التخزين الثابتة، التي تخزن الكهرباء الفائضة من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ومصادر الطاقة المتجددة الأخرى.
وقال أحد ممثلي شركة شارب، إنه إذا جرى تسويق بطاريات الزنك والهواء تجاريًا فمن المحتمل أن تكون أرخص من بطاريات الليثيوم أيون.
ابتكار جديد.. الزنك مع معدن آخر
من جانبها، تعمل شركة تصنيع البطاريات اليابانية "إف دي كيه" على تطوير بطارية من النيكل والزنك، تستعمل هيدروكسيد النيكل للقطب الموجب والزنك للقطب السالب.
وقالت الشركة -في نوفمبر/تشرين الثاني 2023- إن البطارية يُمكنها الحفاظ على نحو 60% من سعتها بعد مرور 1000 دورة شحن وتفريغ.
وتقصر "إف دي كيه" -حاليًا- الشحنات على العينات، ولكنها تعتزم مضاعفة الطاقة الإنتاجية 3 مرات إلى 30 ألف وحدة شهريًا بحلول نهاية السنة المالية 2024 وبدء الإنتاج التجريبي.
في البطاريات السابقة من هذا النوع، تسبب الشحن والتفريغ المتكرر أحيانًا في دخول جزيئات الزنك والماء الموجودة في الإلكتروليت إلى القطب الموجب، ما يقلل من سعة البطارية.
وتعمل "إف دي كيه" على حل المشكلة من خلال خطوات مثل تحسين مادة القطب الموجب، وفق ما اطّلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة.
وتتوقع "إف دي كيه" أن يجري استعمال بطاريتها المصنوعة من النيكل والزنك لتشغيل محركات السيارات، أو بوصفها مصدرًا كهربائيًا احتياطيًا.
وعلى مستوى البحث، يتقدم تطوير التقنيات لتحقيق تكاليف أقل، إذ يطور الأستاذ في جامعة كيوتو، تاكيشي آبي، بطارية زنك تستعمل مادة قائمة على المنغنيز، وهي أرخص من النيكل، بوصفها قطبًا إيجابيًا.
ويهدف آبي إلى استعمالها في بطاريات السيارات الكهربائية في منتصف ثلاثينيات القرن الحالي، ويتطلع إلى جعلها أقل من نصف سعر نماذج الليثيوم أيون، بحسب ما رصدته منصة الطاقة، نقلًا عن "آسيا نيكاي".
وعلى الرغم من أن كثافة الطاقة الحالية لا تتجاوز نحو ثلث كثافة بطاريات الليثيوم أيون، فإن هذه التكنولوجيا يُمكن أن تخفض تكلفة البطاريات، التي تمثل 30% إلى 40% من تكاليف تصنيع السيارات الكهربائية.
يقول "آبي" عن بطاريات الزنك والمنغنيز: إن "المنافسة الدولية تتزايد الآن".
مواد عضوية لبطاريات الليثيوم أيون
في سياقٍ آخر، يُمكن لمواد الكاثود العضوية، المشتقة بالكامل من العناصر المتوفرة في الأرض، القضاء على استعمال المعادن المهمة، مثل الكوبالت، وتسريع اعتماد بطاريات الليثيوم أيون.
ومع ذلك، فإنها لم تنافس بعد الكاثودات غير العضوية بسبب ضعف توصيلها، وانخفاض سعة التخزين العملية، وضعف قابلية التدوير، وفق ما نقلته مجلة "بي في ماغازين" (PV Magazine).
وفي تقدم جديد، طوّرت مجموعة من الباحثين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) مادة قطبية عضوية ذات طبقات يمكنها التنافس مع الكاثودات القائمة على الكوبالت.
وأظهرت المادة الجديدة عملية توصيل كهربائية عالية، وسعة تخزين مرتفعة، وعدم قابلية للذوبان الظاهري في إلكتروليتات البطاريات الشائعة.
ويوفر الكاثود الجديد كثافة طاقة تبلغ 765 واط/كغم أعلى من معظم الكاثودات القائمة على الكوبالت، ويمكنه الشحن والتفريغ في أقل من 6 دقائق.
(الكاثود هو قطب كهربائي يخرج منه التيار، في حين أن الأنود هو قطب كهربائي يدخل منه التيار)
وكتب الباحثون: "تُظهر هذه النتائج القدرة التنافسية التشغيلية لمواد الأقطاب الكهربائية العضوية المستدامة في البطاريات العملية".
ويقدر الباحثون أن تكلفة البطاريات العضوية القائمة على الكاثود يمكن أن تبلغ نحو ثلث إلى نصف تكلفة الأجهزة المحتوية على الكوبالت.
وموّلت شركة صناعة السيارات الفاخرة الإيطالية لامبورغيني (Lamborghini) المشروع البحثي، وحصلت على ترخيص براءة اختراع هذه التكنولوجيا.
موضوعات متعلقة..
- بطاريات الزنك الهوائية.. تطور ثوري في صناعة تخزين الكهرباء
- بطاريات الزنك أيون المائية صديقة البيئة.. عُمر أطول وسعر أرخص
- أسعار الزنك ترتفع إلى أعلى مستوى في 3 أسابيع
اقرأ أيضًا..
- توترات البحر الأحمر تضرب سوق النفط.. ومخاوف تحيط بقناة السويس
- صادرات الغاز المسال الأميركية كلفت المستهلكين 111 مليار دولار.. ما القصة؟
- أكبر شركة صلب في كوريا الجنوبية تتبنى الهيدروجين.. ما دور الإمارات؟
- هل تندم شركات النفط الأوروبية على توسعها في الطاقة المتجددة؟
