تصنيع بطاريات السيارات الكهربائية من نفايات الخشب.. ابتكار جديد
دينا قدري
تستقطب بطاريات السيارات الكهربائية اهتمامًا متزايدًا من قبل الباحثين، في ظل الطلب المتنامي على حلول تخزين الكهرباء بما يخدم الأهداف المناخية.
وتقدّم بطاريات الصوديوم أيون، المصنوعة من مواد متوافرة محليًا وصديقة للبيئة، نهجًا واعدًا يُلبي الحاجة الملحّة لتقنيات بطاريات فاعلة من حيث التكلفة وآمنة وموفرة للموارد.
ووفق بيان صحفي حصلت عليه منصة الطاقة المتخصصة، طوّر باحثون في ألمانيا على نوعًا جديدًا من بطاريات الصوديوم أيون المصنوعة من نفايات الخشب، يُمكن استعمالها في تطبيقات التخزين الثابتة أو المتنقلة التي لا تتطلب شحنًا سريعًا.
ويهدف المشروع إلى دعم زيادة الاستقلال عن المواد الخام الحيوية مع تعزيز الانتقال إلى بطاريات أرخص وأكثر استدامة وأمانًا.
ويجمع هذا المشروع، المعروف أيضًا باسم ThüNaBsE (بطارية الصوديوم أيون لتخزين الكهرباء القابلة للتطوير في تورينغن)، فريقًا من العلماء من معهد فراونهوفر لتقنيات وأنظمة السيراميك (IKTS) وجامعة فريدريش شيلر يينا.
ابتكار جديد لبطاريات السيارات الكهربائية
يركّز المشروع الجديد لبطاريات السيارات الكهربائية -المموّل من ولاية تورينغن والصندوق الاجتماعي الأوروبي- على تحويل الليغنين، وهو بوليمر موجود في الخشب ويُعامل عادةً بوصفه نفايات صناعية، إلى مادة بطاريات عالية الأداء.
ويُعدّ الليغنين مكونًا هيكليًا أساسيًا للخشب، وهو المسؤول عن قوّته وصلابته، ويتكون أساسًا من وحدات بناء هيدروكربونية تُستعمل في العديد من التطبيقات الكيميائية، من بينها استعماله بوصفه مادة أقطاب كهربائية للبطاريات.
ولاستغلال إمكاناته، طوّر الباحثون مادة قائمة على الليغنين لاستعمالها في القطب السالب للبطارية؛ إذ وُفرت هذه المادة من قِبل شركة ميرسر روزنثال (Mercer Rosenthal GmbH)، وهي مطحنة لب ألمانية، وعولجت حراريًا في ظروف خاملة.
(مطحنة اللب: منشأة تصنيع تُحوّل رقائق الخشب أو مصادر الألياف النباتية الأخرى إلى ألواح سميكة من اللب يُستعمل في إنتاج الورق والمنتجات الخشبية الأخرى).
وينتج عن ذلك كربون صلب، وهو مادة مسامية مثالية لتخزين أيونات الصوديوم.
بطاريات الصوديوم أيون
تعليقًا على تطوير بطاريات الصويوم أيون الجديد، قال الباحث العلمي في معهد فراونهوفر، لوكاس ميدنباخ: "نريد تجنّب المعادن الأساسية مثل الليثيوم والكوبالت والنيكل في سلسلة قيمة البطاريات.. نهدف أيضًا إلى تقليل محتوى الفلور في الأقطاب الكهربائية والإلكتروليتات، ونختبر إلى أيّ مدى يمكننا التخلص منه".
وأضاف ميدنباخ: "يركّز المشروع أساسًا على معالجة الليغنين عالي الجودة والمتوافر محليًا، وتحويله إلى أقطاب كهربائية عالية الأداء لبطاريات الصوديوم أيون لدينا".
من جانبه، أكد كورنيليوس ديركسن، الحاصل على درجة الدكتوراه، من معهد فراونهوفر، أن بنية هذا الكربون الصلب مناسبة جدًا للتخزين العكسي لأيونات الصوديوم.
وأشار إلى أن الكربون الصلب يتميز بأداء كهروكيميائي قوي، واستقرار ممتاز للدورة، وتكاليف إنتاج منخفضة، خاصةً عند استخلاصه من مواد خام مستدامة، بحسب ما جاء في البيان الصادر عن المعهد الألماني.
وفي الوقت نفسه، يستعمل القطب الموجب للبطارية نظائر اللون الأزرق البروسي، وهي مركبات حديد غير سامة اكتُشِفت لأول مرة بصفتها أصباغًا منذ أكثر من 200 عام.
هذه المواد صديقة للبيئة ومتوافرة على نطاق واسع؛ ما يجعلها مكملًا مثاليًا لأنود الكربون الحيوي.
اختبار خلايا بطاريات السيارات الكهربائية
يعمل العلماء على بناء أول خلايا تجريبية صغيرة في مراكز الاختبار، وتدعم هذه الخلايا عمليات محاكاة واقعية متعددة الأبعاد.
وفي الوقت نفسه، أظهرت الاختبارات الأولية نتائج واعدة، ما يشير إلى أن الكربون الصلب القائم على الليغنين يمكن أن يوفر بديلًا مستدامًا للمواد التقليدية المستعملة في بطاريات الصوديوم أيون.
وكشف الباحث العلمي في معهد فراونهوفر، لوكاس ميدنباخ، أنه بعد 100 دورة شحن وتفريغ، لم تُظهر خلية المختبر أيّ تدهور يُذكَر؛ مشددًا على أن "الهدف هو إثبات 200 دورة شحن وتفريغ للخلية الكاملة بسعة 1 أمبير/ساعة بنهاية المشروع".
بمجرد تطويرها بالكامل، يُمكن استعمال البطارية في تطبيقات التخزين الثابتة أو المتنقلة، التي لا يكون الشحن السريع ضروريًا فيها، بحسب التفاصيل التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة.
ويقول الفريق البحثي، إنها مناسبة تمامًا للمركبات منخفضة الطاقة، مثل السيارات متناهية الصغر التي تبلغ سرعتها القصوى نحو 28 ميلًا في الساعة (45 كيلومترًا في الساعة)، ومعدّات المستودعات مثل الرافعات الشوكية (شاحنات صناعية تُستعمل لرفع ونقل الحمولات الثقيلة والكبيرة نسبيًا).
وبمجرد اكتمال المشروع، يعتزم شركاء المشروع توسيع نطاق التقنية بشكل أكبر، والمضي قدمًا نحو مستويات النضج التقني التالية بمساعدة تحالف أكبر.
موضوعات متعلقة..
- بطاريات السيارات الكهربائية تدوم 2600 دورة شحن.. ابتكار جديد
- بطاريات السيارات الكهربائية.. 5 تقنيات شحن فائقة (فيديوهات)
- إنتاج بطاريات السيارات الكهربائية من مخلفات النفط.. كيف ذلك؟
اقرأ أيضًا..
- الصين تلتزم شكليًا بالعقوبات الأميركية.. وهذا حجم واردتها النفطية من إيران (تقرير)
- أدنوك الإماراتية توقع صفقة غاز مسال ضخمة مع "شل".. الأولى من نوعها
- انطلاق بناء أطول خط أنابيب هيدروجين في العالم.. بتكلفة 1.9 مليار دولار
- آيرينا: الطاقة المتجددة تحقق طفرة غير مسبوقة في مشروعات الكهرباء الجديدة (تقرير)
المصدر:
