تخزين الكهرباء في مواد قابلة للثني.. تقنية جديدة مميزة

محمد عبد السند

2024-03-24

0 1٬207

تخزين الكهرباء في مادة قابلة للثني — مادة قابلة للطي - الصورة من plyproject

تخزين الكهرباء لا غنى عنه في جهود تحول الطاقة
تخزين الكهرباء مهم جدًا للتشغيل الفاعل للأجهة القابلة للارتداء
أكاسيد المعادن متوسطة المسام تتميز بتطبيقات مختلفة لمساحة سطحها العالية
يمكن للبطاريات أن تدعم مستويات عالية جدًا من الكهرباء المتجددة المتغيرة
من المتوقع أن تتجاوز سعة منشآت تخزين الكهرباء التراكمية حاجز 1 تيراواط ساعة قبل نهاية 2030

يقترب العلماء من فك شفرة تخزين الكهرباء في الأجهزة الإلكترونية صغيرة الحجم وتلك القابلة للارتداء، بما يُسهم في التشغيل الفاعل لتلك الأدوات التي أصبحت جزءًا لا يتجزأ من الاستعمالات التقنية اليومية.

والأجهزة القابلة للارتداء هي تلك الأجهزة الإلكترونية التي يمكن للإنسان ارتداؤها بصفة ملحقات، تكون ضمن الملابس أو مزروعة في الجسم أو حتى موشومة على الجلد، مثل الساعات الصحية الذكية وأجهزة تتبع اللياقة البدنية، وغيرها.

وما يزال تخزين الكهرباء من أهم التقنيات التي يعمل عليها العلماء لتطويرها؛ بهدف القضاء على الطبيعة المتقطعة لمصادر الطاقة المتجددة ومواجهة الهدر المحتمل منها، في ظل توقعات بتنامي السعة العالمية لتلك المصادر النظيفة خلال السنوات المقبلة، اتّساقًا مع جهود تحول الطاقة، وفق ما طالعته منصة الطاقة المتخصصة.

ثورة تقنية على الأبواب

تخيّل أنك تستطيع ارتداء هاتفك الذكي على معصمك، ليس ساعةً، ولكن حزام مرن يلفّ زراعك، فماذا عن الملابس التي تشحن أدواتك وأجهزتك عبر ارتدائها فقط؟

ظل هذا الحلم بعيد المنال، حتى اقترب فريق بحثي يقوده البروفيسور جين كون كيم وآخرون من تحويله إلى واقع، وفق ما هو منشور في دورية أدفانسيد ماتيريالز (Advanced Materials).

واعتمد فريق البحث في تقنيتهم على أكاسيد المعادن متوسطة المسام (MMOs) التي تتميز بمسام تتراوح من 2 إلى 50 نانومتر في الحجم.

(النانومتر جزء من مليار جزء من المتر، وهو وحدة لقياس الأطوال الصغيرة جدًا).

ونظرًا لمساحة سطحها الواسعة، فإن أكاسيد المعادن متوسطة المسام تلك لها تطبيقات مختلفة، مثل تخزين الكهرباء عالي الأداء والتحفيز الفعال وأشباه الموصلات وأجهزة الاستشعار.

ومع ذلك، فإن دمج أكاسيد المعادن متوسطة المسام في الأجهزة القابلة للارتداء والأجهزة المرنة ما تزال تحديًا؛ نظرًا لأن الركائز البلاستيكية لا يمكنها الحفاظ على سلامتها عند درجات حرارة مرتفعة (350 درجة مئوية أو أكثر)، والتي تكون ملائمة لتصنيع أكاسيد المعادن المذكورة، وفق نتائج البحث الذي طالعتها منصة الطاقة المتخصصة.

وقد عالج فريق البحث تلك المعضلة باستعمال التأثير المعزز للحرارة والبلازما لتصنيع العديد من أكاسيد المعادن متوسطة المسام، بما في ذلك أكسيد الفاناديوم (V2O5)، ومواد تخزين الكهرباء الشهيرة عالية الأداء، و ثنائي أكسيد التيتانيوم (TiO2)، و نيوبيوم بينتوكسيد (Nb2O5)، وثلاثي أكسيد التنغستين (WO3)، على مواد مرنة عند درجات حرارة أقل بكثير ( تتراوح بين 150 و 200 درجة مئوية).

سيدة ترتدي ساعة ذكية - الصورة من healthtechdigital

الثني آلاف المرات

تتيح الأجزاء الكيميائية البلازمية عالية التفاعل كهرباء كافية يمكن تعويضها بدرجات الحرارة المرتفعة.

ومن الممكن ثني الأجهزة المصنعة آلاف المرات دون فقدان أداء عملية تخزين الكهرباء، وفق البحث الذي طالعته منصة الطاقة المتخصصة.

وفي معرض تعليقه على تقنية تخزين الكهرباء الجديدة، قال قائد فريق البحث البروفيسور جين كون كيم: "نحن نقف على أعتاب ثورة في التقنية القابلة للارتداء، وقد ينتُج عن هذا الإنجاز أدوات ليست أكثر مرونة فحسب، بل أيضًا أكثر قدرة على التكيف مع احتياجاتنا اليومية".

مرونة الشبكة

تُخزّن الكهرباء عادةً بوسائل كيميائية (على سبيل المثال، بطاريات الرصاص الحمضية أو بطاريات أيونات الليثيوم) أو بوسائل ميكانيكية (على سبيل المثال، التخزين المائي بالضخ).

ويمكن أن تكون أنظمة تخزين الطاقة الحرارية بسيطة مثل خزانات الماء الساخن، ولكن التقنيات الأكثر تقدمًا يمكنها تخزين الكهرباء بشكل أكثر كثافة (على سبيل المثال، الأملاح المنصهرة، كما تستعمل في تركيز الطاقة الشمسية).

ويتيح تخزين الكهرباء الذي يعتمد على البطاريات التي تتحسّن بسرعة وغيرها من التقنيات قدرًا أكبر من مرونة النظام، وهو أحد الأصول الرئيسة مع زيادة حصة مصادر الطاقة المتجددة المتغيرة.

ويمكن للبطاريات أن تدعم مستويات عالية جدًا من الكهرباء المتجددة المتغيرة، وتحديدًا عن طريق تخزين الكهرباء الفائضة وإطلاقها لاحقًا، عندما لا تكون الشمس مشرقة، أو لا تهبّ الرياح بقوة كافية.

كما أن تخزين الكهرباء يجعل من الممكن إنشاء قطاع نقل تهيمن عليه السيارات الكهربائية وتمكين أنظمة الطاقة الشمسية المنزلية الفاعلة خارج الشبكة على مدار 24 ساعة، ودعم الشبكات الصغيرة المتجددة بنسبة 100%.

السعة العالمية

من المتوقع أن تتجاوز سعة منشآت تخزين الكهرباء التراكمية حاجز 1 تيراواط ساعة عالميًا قبل نهاية العقد الحالي ( 2030)، باستثناء الطاقة المائية التي تُضَخّ، إذ توفر بطاريات الليثيوم أيون معظم هذه السعة، وفقًا للتوقعات.

وتشير توقعات منفصلة صدرت العام الماضي (2023) عن مجموعة الأبحاث بلومبرغ نيو إنرجي فاينانس (BloombergNEF) وجمعية التصنيف الدولية دي إن في (DNV)، ومقرّها النرويج، إلى زيادة كبيرة في معدلات نشر تخزين الكهرباء، إذ تسهم استثمارات الطاقة المتجددة والسياسات الحكومية في تعظيم الحاجة إلى التخزين لإضافة المرونة إلى شبكات العالم.

ففي تقرير آفاق سوق تخزين الكهرباء للنصف الثاني من 2023 الصادر عن بلومبرغ نيو إنرجي فاينانس، تتوقع الشركة أن تصل السعة التراكمية العالمية إلى 1877 غيغاواط في الساعة بحلول نهاية 2030

في المقابل، يتوقع تقرير آفاق تحول الطاقة السنوي الصادرة عن "دي إن في" أن تصل سعة تخزين بطاريات الليثيوم أيون وحدها إلى 1.6 تيراواط في الساعة بحلول عام 2030.

وفي تقرير آفاق سوق تخزين الكهرباء للنصف الأول من 2023 الصادر عن بلومبرغ نيو إنرجي فاينانس، الذي نُشر في مارس/آذار (2023)، توقعت الشركة أن تتراوح السعة المركبة التراكمية بين 508 غيغاواط و 1432 غيغاواط ساعة بحلول نهاية عام 2030.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..