حقق فريق بحثي صيني ابتكارًا جديدًا، إذ أنتج بطارية تخزن الهيدروجين والكهرباء بكفاءة تصل إلى نسبة تقارب 94%.
وأفادت تقارير، تابعتها منصة الطاقة المتخصصة، بأن فريقًا من الباحثين بقيادة معهد داليان للفيزياء الكيميائية في الصين صمم نموذجًا أوليًا فريدًا من نوعه لبطارية أيونات الهيدريد الغازية الصلبة.
وتتميز البطارية بتقنية مزدوجة، إذ تخزن الكهرباء والهيدروجين معًا في درجة حرارة الغرفة وتحت الضغط الجوي العادي.
كما أن هذا التصميم للتخزين المشترك يحقق كفاءة طاقة هيدروجينية استثنائية تبلغ 93.9%، ما يمهد الطريق لشبكة طاقة نظيفة أكثر كفاءة وتكاملًا.
وبصفة عامة، تواجه عمليات تخزين الهيدروجين تحديات ارتفاع التكاليف وعدم كفاية البنية التحتية وانخفاض كثافة التخزين، على الرغم من التقدم المُحرَز في التخزين عالي الضغط والتسييل بالتبريد، لذلك تركز العديد من التقنيات على خفض تكلفة الإنتاج.
بطارية تخزن الهيدروجين والكهرباء بكفاءة تزيد بمقدار الثلث
قال الباحث في معهد داليان الصيني تشن بينغ: "إن تقنية البطارية التي تخزن الهيدروجين مع الكهرباء تعمل بكفاءة 93.9%، أي أعلى بنسبة الثلث من طرق تخزين الهيدروجين الحراري التقليدية".
ولا تستعمل البطارية الجديدة الليثيوم، ولكنها تعمل بأيونات الهيدريد (وهي ذرات الهيدروجين المحملة بإلكترون إضافي).
وتتضمن الطرق الحالية في تخزين الهيدروجين ضغط غاز الهيدروجين إلى درجات عالية في خزانات ثقيلة وضخمة، أو تبريده إلى حالة سائلة مبردة عند درجة حرارة 253 درجة مئوية تحت الصفر، وهي عملية كثيفة الاستهلاك للطاقة.
وعلى الرغم من أن المواد الصلبة يُمكنها أيضًا تخزين الهيدروجين، فإنها غالبًا ما تتطلب درجات حرارة عالية لإطلاق الغاز، وقد تُنتج نواتج ثانوية كيميائية غير مرغوب فيها.
ومن المجالات الواعدة المذيبات اليوتكتيكية العميقة (DESs)، وهي مخاليط تذوب عند درجات حرارة أقل من درجات حرارة مكوناتها، وهو أمر مهم لتخزين الهيدروجين، لأنها تستطيع تحويل المواد الصلبة الغنية بالهيدروجين إلى سوائل سهلة الاستعمال عند درجات حرارة أقل بكثير.
مع ذلك، لم يستعمل أيٌّ من هذه المذيبات حتى إعلان تقنية معهد داليان الصيني مكونات الهيدريد، الغنية بالهيدروجين خصوصًا، التي قد تفتح آفاقًا جديدة لتخزين المزيد من الهيدروجين في صورة سائلة.
تحول الهيدروجين إلى أيونات هيدريد
يعمل فريق معهد داليان الصيني على تقنية بطارية تخزن الهيدروجين مع الكهرباء بكفاءة عالية منذ عام 2018، إلى أن نجح أخيرًا في فك شفرة هذا المفهوم عام 2023 باستعمال مادة تسمح للأيونات بالتحرك بثبات.
وطبق الفريق هذه الكيمياء في بطارية صلبة بالكامل تعمل بكفاءة، باستعمال معدن المغنيسيوم وغاز الهيدروجين بوصفها أقطاب كهربائية، ما يجعل النظام يعمل مثل الإسفنجة الكيميائية.
وفي أثناء التفريغ يتحول غاز الهيدروجين إلى أيونات هيدريد عالية الطاقة تتحد مع المغنيسيوم لتكوين هيدريد معدني صلب ومستقر.
وعند توصيل البطارية للشحن تنعكس هذه العملية برمتها، مُطلقة غاز الهيدروجين مرة أخرى إلى الغلاف الجوي.
ويكمن جوهر هذا الابتكار (بطارية تخزن الهيدروجين والكهرباء بكفاءة عالية) في تفاعل كيميائي عكسي يمكّن النموذج الأولي للبطارية من العمل بوصفها مصدر طاقة وخزان وقود في آن واحد.
وفي الاختبارات المعملية، أظهر النموذج الأولي مرونة وكثافة طاقة عاليتين، إذ عمل بسلاسة ضمن نطاق واسع من درجات حرارة 20-90 درجة مئوية (194 فهرنهايت).
وتتعدد التقنيات الجديدة في هذا المجال، ففي شهر نوفمبر/تشرين الثاني الماضي –على سبيل المثال- طوّرت شركة سوليد هيدروجين الأسترالية تقنية أطلقت عليها "هيدريد المعادن Metal Hydride"، لدعم خفض تكلفة خطوات ما بعد الإنتاج (التي تشمل: الضغط، والتنقية، والتخزين).
وتعتمد التقنية على مزج الهيدوجين الأخضر ببعض المعادن، من بينها (الألومنيوم، والليثيوم، والنيكل، والبورون، وغيرها)، أو في سبيكة معدنية، لتكوين رابطة مدمجة يسهل نقلها وتحريكها وتخزينها.
موضوعات متعلقة..
- تخزين الهيدروجين في كهوف الملح الصينية لأول مرة
-
تخزين الهيدروجين تقنية حديثة واعدة لتشغيل شبكات الكهرباء الصغيرة (تقرير)
اقرأ أيضًا..
- 4 ناقلات غاز مسال عمانية تذهب إلى مالك جديد
-
علاقات النفط والغاز بين روسيا والصين.. كيف غيّرت العقوبات خريطة الطاقة؟ (مقال)
المصادر:
- الصين تبتكر تقنية فريدة .. بطارية تخزن الهيدروجين والكهرباء بنسبة كفاءة 93.9% من إنتريستينغ إنجينيرنغ.
- معهد داليان الصيني يبتكر تقنية تدمج الهيدروجين مع الكهرباء في بطارية الغاز الصلبة من إنرجي نيوز
