بطاريات السيارات الكهربائية وأنظمة التخزين تزدهر بـ7 تقنيات مميزة
دينا قدري
يسعى المطوّرون إلى تحسين أداء بطاريات السيارات الكهربائية وأنظمة التخزين على مستوى الشبكة، لمعالجة التحديات التي تثني المستهلكين عن اعتماد هذا النوع من التقنيات.
وعلى سبيل المثال: يتعين على السيارة الكهربائية حمل وزن بطاريتها بالكامل في أثناء سيرها على الطريق؛ لذا فإن زيادة كمية الكهرباء المخزّّنة في بطارية ذات وزن ثابت تعني إمكان قطع مسافات أطول.
أمّا البطاريات المستعملة بجانب محطات تحويل الكهرباء، فتواجه تحديًا مختلفًا، يتمثل في مدى قدرتها على توفير الكهرباء عند انخفاض إنتاج الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح.
ووفق تقرير حديث اطّلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، تُستعمل بطاريات "ليثيوم الحديد والفوسفات" حاليًا في كلا المجالين؛ إذ تشير تقديرات وكالة الطاقة الدولية إلى أنها شكّلت نحو 90% من أنظمة تخزين الطاقة الثابتة الجديدة التي رُكِّبَت في عام 2025.
وهناك 6 تقنيات أخرى توضح المسارات المستقبلية المحتملة أمام شركات تصنيع السيارات ومرافق الكهرباء، بدءًا من الأقطاب الكهربائية الغنية بالسيليكون، وصولًا إلى بطاريات تعتمد في تفريغ طاقتها على عملية الأكسدة.
تقنيات لبطاريات السيارات الكهربائية وأنظمة التخزين
أشار التقرير الذي نشرته منصة إنترستينغ إنجينيرينغ (Interesting Engineering) إلى أن تحديد التحسين الأكثر قيمة في تقنيات بطاريات السيارات الكهربائية وأنظمة التخزين يعتمد على طبيعة الاستعمال.
فبالنسبة للسائق، قد يعني الحصول على طاقة أكبر في حزمة بطارية أخفّ وزنًا تقليل عدد مرات التوقف للشحن في أثناء الرحلات الطويلة؛ أمّا بالنسبة لشركات المرافق، فقد يتمثل العائد في توفير عدّة ساعات إضافية من الكهرباء بالقدرة الإنتاجية نفسها.
بطاريات قد تسهم في زيادة نطاق سير السيارات الكهربائية
1. بطاريات الحالة الصلبة
تستبدل هذه البطاريات مادة صلبة بالإلكتروليتَ السائل، الذي ينقل الأيونات بين الأقطاب الكهربائية.
ويُتيح هذا التغيير للمهندسين استعمال الأنود (القطب الموجب) من معدن الليثيوم، وهو قادر على تخزين طاقة أكبر لكل وحدة وزن مقارنة بأنودات الغرافيت المستعملة حاليًا في السيارات الكهربائية.
ويكمن التحدي في الحفاظ على تلامس الطبقات الصلبة في أثناء عمليات الشحن والتفريغ. وتعتمد بعض التصاميم على ضغط خارجي لضمان هذا التلامس، ما يفرض تحديًا هندسيًا إضافيًا عند تجميع هذه الخلايا في حزمة بطارية مخصصة للسيارة.
2. الأنودات الغنية بالسيليكون
يمكن أن تؤدي إضافة المزيد من السيليكون إلى أنود بطارية الليثيوم أيون إلى زيادة كمية الليثيوم التي يمكن للقطب الكهربائي استيعابها؛ ما يمنح شركات تصنيع السيارات مرونة أكبر لزيادة نطاق القيادة دون الحاجة إلى تغيير حجم حزمة البطارية.
ويتمدد السيليكون عند امتصاصه لليثيوم في أثناء الشحن، وينكمش عند تفريغ البطارية.
ويُعدّ دمج السيليكون المسامي مع الغرافيت من الحلول التي اختبرها الباحثون للحدّ من هذا التمدد والحفاظ على سعة البطارية خلال دورات الشحن المتكررة.
3. بطاريات الليثيوم كبريت
تجمع خلايا الليثيوم كبريت بين أنود معدن الليثيوم وكاثود (القطب السالب) يعتمد على الكبريت.
وتتميز هذه التركيبة الكيميائية بقدرة نظرية عالية على تخزين الطاقة لكل كيلوغرام، ما يجعلها خيارًا جذابًا للمركبات التي يُعدّ فيها وزن البطارية عاملًا بالغ الأهمية.
وفي أثناء التشغيل، قد تذوب مركبات تُعرَف بـ"متعددات الكبريتيد" في الإلكتروليت وتنتقل بين الأقطاب الكهربائية.
وتُعرف هذه الظاهرة بـ"تأثير المكوك"، وهي تؤدي إلى تراجع الأداء وتجعل من الصعب الحفاظ على سعة البطارية عبر دورات الشحن العديدة التي يجب أن تتحملها بطاريات السيارات الكهربائية.
أنواع كيمياء البطاريات للسيارات وشبكات الكهرباء
4. بطاريات فوسفات الحديد والليثيوم
تُستعمل بطاريات فوسفات الحديد والليثيوم في السيارات الكهربائية الموجّهة للسوق الاستهلاكية الواسعة وفي أنظمة التخزين المرتبطة بشبكات الكهرباء.
ونظرًا لتكلفتها المنخفضة نسبيًا وقدرتها على تحمُّل عمليات الشحن والتفريغ المتكررة، فهي تعدّ خيارًا مثاليًا لتخزين فائض الطاقة الشمسية لاستعماله في أوقات المساء.
وعمومًا، تخزّن خلايا بطاريات فوسفات الحديد والليثيوم طاقة أقل لكل كيلوغرام مقارنةً بخلايا أيونات الليثيوم الغنية بالنيكل، وفق التفاصيل التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة.
وتعدّ هذه الموازنة أمرًا جوهريًا في السيارات الكهربائية ذات المدى الطويل؛ إذ إن زيادة وزن البطارية تؤثّر في تصميم المركبة، في حين تتمتع الأنظمة الثابتة بمرونة أكبر في هذا الجانب.
5. بطاريات أيونات الصوديوم
تستبدل هذه البطاريات الصوديوم بعنصر الليثيوم ليكون هو الأيون الذي ينتقل بين الأقطاب الكهربائية.
وتتفوق هذه البطاريات على بطاريات فوسفات الحديد والليثيوم في الأجواء الباردة، وهو ما يمثّل ميزة إضافية للسيارات الكهربائية التي تقضي أوقات عملها في الخارج.
ووفقًا لوكالة الطاقة الدولية، تصل كثافة الطاقة في أحدث خلايا أيونات الصوديوم إلى 175 واط/ساعة لكل كيلوغرام، مقارنةً بـ205 واط/ساعة لكل كيلوغرام في أحدث خلايا فوسفات الحديد والليثيوم.
وهذا الفارق يجعل من السيارات المخصصة للمدن، ومركبات التوصيل، وأنظمة التخزين الثابتة، مجالات أكثر ملاءمة لاستعمال هذه التقنية مقارنةً بالسيارات الكهربائية ذات المدى الطويل.
بطاريات قادرة على تزويد شبكات الكهرباء لأوقات أطول
6. بطاريات الفاناديوم التدفقية
وفق التفاصيل التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة، تخزّن بطاريات الفاناديوم التدفقية الكهرباء في إلكتروليتات سائلة محفوظة في خزّانين خارجيين.
وتعمل مضخات على تدوير هذه السوائل عبر مجموعة من الخلايا، إذ تحدث تفاعلات كهروكيميائية تسمح للبطارية بالشحن أو تفريغ الكهرباء.
وتحدّد مجموعة الخلايا مقدار الكهرباء التي يمكن للنظام توفيرها في لحظة معينة، في حين تتيح زيادة كمية الإلكتروليت إطالة مدة التفريغ مع الحفاظ على ذروة الطاقة الناتجة نفسها؛ ما يمنح المشغّلين مرونة أكبر عند تحديد حجم مشروعات التخزين.
7. بطاريات الحديد والهواء
تولّد بطاريات الحديد والهواء الكهرباء من خلال تفاعل الحديد مع الأكسجين لتكوين الصدأ، وعند الشحن، ينعكس هذا التفاعل، حيث يتحول الصدأ مجددًا إلى حديد، ما يسمح بتكرار العملية.
على سبيل المثال: صممت شركة فورم إنرجي (Form Energy) نظامها المعتمد على تقنية الحديد والهواء بحيث يمكنه تفريغ الكهرباء لمدة تصل إلى 100 ساعة.
ويُمكن لنظام مصمّم لهذه المدة أن يساعد شركات الكهرباء في سدّ العجز من ضعف إنتاج الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح خلال أوقات تمتدّ أيامًا متتالية.
موضوعات متعلقة..
- السيارات الكهربائية تتحول إلى بطاريات تخزين.. ابتكار جديد
- إعادة تدوير بطاريات السيارات الكهربائية.. دراسة عمانية تضمن أقل تكلفة
- ابتكار ثوري في بطاريات السيارات الكهربائية.. سعة أعلى 4 مرات
نرشّح لكم..
- ملف خاص عن مستجدات أسواق الغاز المسال العربية والعالمية
- ملف خاص عن الهيدروجين في الدول العربية
- 5 صفقات غاز عربية في أول 3 أيام من نوفمبر 2026
- أكبر 10 دول عربية مستوردة للألواح الشمسية الصينية (إنفوغرافيك)
المصدر:
