أحدث التطورات في تكنولوجيا البطاريات وكيفية تأثيرها على حياتنا

سبع تقنيات حديثة في تكنولوجيا البطاريات ستغير طاقة المستقبل

ما تريد أن تعرفه هو أنَّ الستار قد كُشِف بالفعل عن كثير وكثير من أحدث التطورات في تكنولوجيا البطاريات، والتي كانت قيد البحث والتجربة، ولكنَّها بدأت تُطبَّق بالفعل على نطاقات معينة في تهيئة لها للانطلاق الواسع القريب.

أعلم أنَّك تريد معرفة مزيد عنها وكيف سيكون تأثير تكنولوجيا البطاريات في حياتنا، لذا سأسير بك في رحلة خلال 7 تقنيات والتي تثير الضجة الأكبر حولها حالياً، لننتقل من آليتها إلى مزاياها مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون المستخدمة بكثرة في الحاضر، ثم تطبيقاتها إضافة لإطلاعك على الفترة المتوقع خلالها أن تنتشر هذه التقنيات، هل انتابك الفضول والحماسة؟ لنبدأ إذاً.

1. بطاريات الحالة الصلبة

أريد أن أخبرك أنَّها بالفعل من أكثر التقنيات التي تَعِد بنقلة في مجال تخزين الطاقة، وسترى ذلك في خصائصها.

آلية عملها

إنَّها تستبدل الاعتماد على إلكتروليت سائل أو هلامي بالإلكتروليت الصلب، والذي عادة ما يكون مصنوعاً من السيراميك أو الزجاج أو البوليمر الصلب أو من الكبريتات؛ أي إنَّها تعتمد على نقل الأيونات عبر الإلكتروليت الصلب بين الأقطاب الموجبة والسالبة، وهذا الأمر يسمح بتخزين وإطلاق الطاقة بكفاءة أعلى.

ميزاتها

1. كثافة طاقتها أعلى، وهذا يمكِّنها من تخزين طاقة أكبر في حجم أصغر.
2. أمان أكبر فهي أقل عرضة للاشتعال بالمقارنة مع البطاريات السائلة، وذلك بخلاف بطاريات الليثيوم أيون المعروفة بخطر الحرائق.
3. عمرها أطول والسبب في ذلك كونها تتمتَّع بدورات شحن وتفريغ أكثر.
4. شحنها أسرع من البطاريات التقليدية.

كيف يتم استخدامها في حياتنا

إنَّ السؤال عن كيف سيكون تأثير تكنولوجيا البطاريات في حياتنا أمر هام جداً برأينا، حتى تعي أكثر إمكانات تسخير الطاقة في حياتك بشكل أفضل بالتالي تواكب أحدث التطورات في تكنولوجيا البطاريات وتستفيد منها.

حالياً تستخدم بالفعل بطاريات الحالة الصلبة في أجهزة تنظيم ضربات القلب، كما قد تتبعها في القريب بعض الساعات والهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأيضاً السيارات الكهربائية.

متى نتوقع أن تصبح متوافرة أكثر؟

إنَّ بطاريات الحالة الصلبة تعدُّ في مرحلة التطوير، ولكنَّنا نتوقع أن تصبح متاحة تجارياً على نطاق انتشار واسع خلال السنوات القليلة القادمة، وهذا الأمر تؤكده شركة BMW بعد أن أعلنَت عن أنَّها ستختبر بطاريات الحالة الصلبة، فقد تلقَّت الدفعة الأولى في نوفمبر 2023 من شركة Solid Power، وهي تعمل على النماذج الأولية، لكن لن تنتج الشركة سيارات تعمل ببطاريات الحالة الصلبة إلا في حلول عام 2030، وفي ذات الوقت وجدنا أنَّه يمكن لشركة تويوتا أن تطلق سيارات تعمل ببطاريات الحالة الصلبة في عام 2026.

هل ترى معي كيف أنَّ أحدث التطورات في تكنولوجيا البطاريات بدأت تعلن عن وجودها بقوة بالفعل! ولكن هذه البداية فحسب، دعنا نكمل.

2. بطاريات الليثيوم والكبريت

إنَّها بطاريات تُعد نفسها لتكون بديلاً واعداً لبطاريات الليثيوم أيون التقليدية، فبمَ تختلف عنها يا ترى؟

آلية عملها

إنَّها تستخدم الليثيوم بوصفه قطباً موجباً والكبريت بوصفه قطباً سالباً، وخلال عملية التفريغ تتفاعل أيونات الليثيوم مع الكبريت لتكوين كبريتيد الليثيوم، وهذه العملية تنعكس في أثناء الشحن.

ميزاتها

1. إنَّ الكبريت المستخدم في كاثود البطارية هو أكثر استدامة من النيكل والكوبالت الموجود بالعادة في الأنود مع معدن الليثيوم.
2. كثافة طاقتها عالية إذ تتمكن من تخزين خمسة أضعاف الطاقة بالمقارنة ببطاريات الليثيوم أيون.
3. تكلفتها منخفضة فالكبريت مادة رخيصة ووفيرة.
4. وزنها أخف، الأمر الذي يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب ذلك.
5. التقدم في هذه البطاريات أفضى إلى الشحن فائق السرعة، وهذا جعلها تتميز برفع القدرة التخزينية لتقنيات الطاقة المتجددة.

استخداماتها في حياتنا

يمكن استخدام بطاريات الليثيوم والكبريت في السيارات الكهربائية؛ وذلك لزيادة مدى القيادة فيها، وفي الطائرات الكهربائية المستقبلية وأيضاً القطارات، والأهم من ذلك هو تخزين الطاقة على نطاق واسع من أجل الشبكات الكهربائية، إنَّها من التقنيات الهامة التي توضح كيف سيكون تأثير تكنولوجيا البطاريات في حياتنا.

التوافر المستقبلي

رغم التحديات التقنية التي يواجهها المطورون، لكن يتوقع أن تصبح هذه البطاريات متاحة تجارياً في غضون 3-7 سنوات.

3. بطاريات ليثيوم أيون خالية من الكوبالت

إنَّها بالفعل من أحدث التطورات في تكنولوجيا البطاريات وأروعها، وذلك لأنَّه عليك أن تعلم كم كثُرت المخاوف الأخلاقية المتعلقة باستخراج الكوبالت، وأنَّه بات يرتبط بانتهاكات حقوق الإنسان؛ لذا ما هي جوانب هذه التقنية وكم سيكون نصيبها من تأثير تكنولوجيا البطاريات في حياتنا؟

آلية عملها

إنَّها تستبدل الكوبالت والذي يُستخدَم عادةً لتثبيت الكاثود في بطارية الليثيوم أيون بمواد أخرى مثل النيكل أو المنغنيز أو الألمنيوم.

ميزاتها

1. تكلفتها أقل بسبب استبدال الكوبالت باهظ الثمن.
2. استدامتها ستكون أكبر؛ لأنَّ استبعاد الكوبالت يقلل من حدة المخاوف البيئية والأخلاقية.
3. أداؤها جيد؛ لأنَّها تستطيع أن توفر كثافة طاقية مماثلة لبطاريات الليثيوم أيون التقليدية.

استخداماتها في حياتنا

يمكن لهذه البطاريات أن تُستخدَم في أي جهاز يعمل على بطارية ليثيوم أيون، ولكن بالمقابل لاحظ معي كيف أنَّ التركيز الكبير حالياً يتوجه إلى تطوير البطاريات الخالية من الكوبالت للسيارات الكهربائية، فمثلاً إنَّ تسلا تستخدمها الآن في بعض نماذج سياراتها.

أضف إلى ذلك أنَّ هذه البطاريات قد تتحول في وقت قريب إلى عنصر أساسي في نماذج سيارات لامبورجيني؛ لأنَّ الشركة حصلت على براءة اختراع للتقنية الجديدة هذه من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

التوافر المستقبلي

رأينا كيف أنَّ وزارة الطاقة الأمريكية تأمل بإيقاف استخدام الكوبالت في بطاريات الليثيوم بحلول عام 2030.

4. بطاريات أيون الصوديوم

إنَّ هذه التقنية من أقوى البدائل لبطاريات الليثيوم أيون في مضمار أحدث التطورات في تكنولوجيا البطاريات، وذلك بشكل خاص في التطبيقات التي لا تتطلب كثافة طاقة عالية جداً.

آلية عملها

تعمل هذه البطاريات بشكل قريب لآلية بطاريات الليثيوم أيون باستثناء استخدامها أيونات الصوديوم بدلاً من الليثيوم لتنقل الشحنات بين الأقطاب.

ميزاتها

1. تكلفتها أخفض؛ لأنَّ الصوديوم متوفر أكثر وأرخص من الليثيوم.
2. استقرارها أعلى، فهي أقل تعرضاً للاشتعال من بطاريات الليثيوم.
3. أداؤها جيد في درجات حرارة منخفضة.

استخداماتها في حياتنا

مع التقدم الذي تصل إليه الأبحاث عن بطاريات أيونات الصوديوم، يبدو أنَّها يمكن أن توفر شحناً أسرع في المركبات الكهربائية والأجهزة الذكية المحمولة وتكنولوجيا الفضاء القادمة.

كما أنَّها مناسبة بشكل خاص في مجال تخزين الطاقة للشبكات الكهربائية، وأيضاً للتطبيقات الثابتة كتخزين الطاقة المنزلية.

التوافر المستقبلي

بدأت بعض الشركات بالفعل بإنتاج نماذج أولية، وبذلك من المتوقع التوافر التجاري الواسع لهذه البطاريات بغضون 3-6 سنوات.

إنَّ هذه التقنية هي مثال واضح يشرح لنا دور هذه التطورات وتأثير تكنولوجيا البطاريات في حياتنا في المستقبل القريب.

5. بطاريات حديد-هواء

إنَّها من التقنيات الواعدة بسبب كفاءتها العالية؛ لذا تعال نكتشف جوانبها المختلفة بوصفها إحدى أحدث التطورات في تكنولوجيا البطاريات.

آلية عملها

إنَّ هذه البطاريات تستخدم الحديد بوصفه قطباً سالباً أما بوصفه قطباً موجباً فتستخدم الأوكسجين من الهواء، فتعمل عن طريق أكسدة الحديد باستخدام الهواء ليتحول إلى صدأ حتى يتم إنتاج الطاقة، ويحدث خلاف ذلك في أثناء عملية شحن البطارية؛ إذ تتحول الخلايا إلى الحديد مجدداً عبر الأكسدة العكسية.

ميزاتها

1. تكلفتها منخفضة جداً فالحديد وفير ورخيص.
2. لديها كثافة طاقة عالية، وهذا يمكِّنها من تخزين كمية كبيرة من الطاقة بالمقارنة بحجمها.
3. إنَّها صديقة للبيئة؛ لأنَّ مكوناتها غير سامة وأيضاً قابلة لإعادة التدوير بشكل كامل.

استخداماتها في حياتنا

تعد بطاريات الحديد والهواء مدهشة لتخزين الطاقة على نطاق واسع، إذ توفر ما يقارب 100 ساعة من التخزين بعشر التكلفة بالمقارنة ببطاريات الليثيوم، وتدوم أيضاً لمدة أطول بما يصل إلى 17 مرة، ويمكن لها أيضاً أن تُستخدَم في السيارات الكهربائية لتزيد مدى القيادة بشكل كبير.

التوافر المستقبلي

يبدو أنَّه من المتوقع أن تكون متاحة أكثر في غضون 5 سنوات، وذلك لأنَّ الشركات المسؤولة تنتهي حالياً من بناء مصانعها الخاصة بهذه التقنيات.

6. البطاريات القائمة على الزنك

من بين أحدث التطورات في تكنولوجيا البطاريات تأتي هذه التقنية لتطرح بديلاً آمناً وفعالاً للبطاريات التقليدية؛ لذا سنتعرف إليها أكثر وإلى الدور الذي تأخذه في سباق أفضلية تأثير تكنولوجيا البطاريات في حياتنا المستقبلية.

آلية عملها

تعمل مثل بطاريات الليثيوم العادية، إذ تتدفق أيونات الزنك من القطب الموجب إلى الكاثود، وتشتمل هذه التقنية الجديدة على بطاريات الزنك-بروم، وثاني أكسيد الزنك-المنغنيز، وبطاريات الزنك-الهواء، وأيونات الزنك.

ميزاتها

1. إنَّ هذه البطاريات قادرة على تخزين كمية وفيرة من الطاقة.
2. أيضاً المواد المستخدمة في تصنيعها ميسورة التكلفة وليست سامة، كما أنَّها متوفرة بسهولة.

استخداماتها في حياتنا

يمكن أن تُستخدَم هذه البطاريات المعتمدة على الزنك من أجل تخزين الطاقة الشمسية، وذلك لتمتعها بانخفاض معدل التفريغ الذاتي، ووفقاً لمجلة PV، فقد حصل إعداد وتركيب نظام تخزين بهذه التقنية في مجمع مكون من 32 مبنى في كوينز، نيويورك، في عام 2022.

أيضاً شركة Eos Energy بعد حصولها على قرض قيمته 400 مليون دولار من وزارة الطاقة، تهدف إلى تطوير تكنولوجيا حماية المناخ وتخزين الطاقة المتجددة وأنظمة الشبكات ببطارياتها المعتمدة على الزنك.

التوافر المستقبلي

لأنَّ بعض الشركات بدأت فعلياً بإنتاج بطاريات الزنك على نطاق محدود؛ نتوقع أن تنتشر بشكل أوسع خلال 2-5 سنوات.

7. بطاريات الجرافين

هل تعلم أنَّ الجرافين هو مادة ثورية في مجال تكنولوجيا البطاريات، لأنَّه يوفر إمكانات ضخمة لتحسين أدائها.

آلية عملها

يتم استخدام الجرافين في أجزاء عديدة من البطارية، بما فيها الأقطاب والإلكتروليت، وإنَّ ذلك يساعد على تحسين توصيل الكهرباء وزيادة مساحة الأسطح النشطة.

ميزاتها

1. سرعة شحنها فائقة؛ إذ يمكن إتمام الشحن خلال دقائق بدلاً من ساعات.
2. لديها أيضاً كثافة طاقة عالية.
3. عمرها أطول لأنَّها تتحمل مزيداً من دورات الشحن والتفريغ.
4. الموصلية الحرارية فيها ممتازة، وهذا يساعد على تبريد البطارية بكفاءة أعلى.

استخداماتها في حياتنا

ستجد هذه البطاريات تطبيقات كثيرة من الهواتف الذكية إلى الأجهزة اللوحية والحواسيب المحمولة وإلى السيارات الكهربائية أيضاً، وهذا يعطينا أجهزة بإمكانات عالية وشحن سريع.

التوافر المستقبلي

رغم التحديات الكثيرة في الإنتاج، يتوقع لها الخبراء أن تصبح متاحة بشكل واسع في غضون 3-7 سنوات، ولقد شهدنا هذه النقلات النوعية التي على وشك أن تصنعها أحدث التطورات في تكنولوجيا البطاريات والتي ستغير مفهوم الطاقة في المستقبل، وستجعل من تأثير تكنولوجيا البطاريات في حياتنا أمراً مريحاً جداً وصديقاً لبيئتنا.

أحدث التطورات في تكنولوجيا البطاريات في السعودية

أعطت المملكة العربية السعودية اهتماماً كبيراً بمجال تحسين تكنولوجيا البطاريات؛ لذا دعنا نلقي نظرة على أبرز التطورات الحديثة في مساعيها لذلك:

1. مشروع نيوم للهيدروجين الأخضر.
2. شراكات عالمية مع شركات رائدة في مجال تكنولوجيا البطاريات.
3. استثمارات في البحث بتقنيات البطاريات الجديدة.
4. مبادرة البطاريات الخضراء.
5. تطوير شبكة شحن واسعة للسيارات الكهربائية.
6. الاستثمار في شركات البطاريات العالمية.

وكثير من الرؤى والإجراءات الهامة الأخرى في هذا المجال الواعد.

في الختام

بهذا نكون قد اختتمنا رحلتنا بين أحدث التطورات في تكنولوجيا البطاريات، وشاهدنا أيضاً كيف سيكون تأثير تكنولوجيا البطاريات في حياتنا.