بطاريات جديدة في البداية

بطاريات جديدة في البداية

ثلث السيارات الجديدة المباعة في الصين مزودة بالفعل بقابس، مما يعني أنها كهربائية بحتة أو متغيرة. الاتجاه آخذ في الارتفاع بشكل حاد. وفي أوروبا، تُبذل كل الجهود السياسية لدفع السيارات الكهربائية إلى السوق؛ يتم حساب محركات الاحتراق. على الرغم من أن السيارات الكهربائية تتكون من أجزاء أقل بكثير، إلا أن هناك سمات مميزة رئيسية. بينما كان السؤال في محركات الاحتراق هو ما إذا كان الديزل أو البنزين، في السيارات الكهربائية كان السؤال هو ما هي تكنولوجيا البطاريات الموجودة في جسم الطائرة. تهيمن بطارية الليثيوم أيون حاليًا. لكن هناك تقنيات أخرى تحاول المشاركة، خاصة بطاريات أيونات الصوديوم وبطاريات ليثيوم فوسفات الحديد. وكما هو الحال في كثير من الأحيان، لا توجد حاليًا تقنية واحدة للبطاريات يمكنها القيام بكل شيء: كثافة طاقة عالية، وتيارات شحن عالية، وثبات دورة عالية، ومثبطات اللهب، وكل هذا بأقل سعر مع معدل إعادة تدوير بنسبة 100 بالمائة ومواد خام يمكن الوصول إليها بسهولة. إذا تم الجمع بين كل هذا في تكنولوجيا واحدة، فلن يكون للتنقل الإلكتروني أي انتقادات بعد الآن. ولكن الحقيقة هي أن كل تقنية بطارية لها مزاياها وعيوبها المحددة. يجب وزنها بعناية حتى تتمكن من اختيار أفضل التقنيات للتطبيق المعني. ومع ذلك، هناك أهداف متضاربة للغاية في السيارات الكهربائية: فمن ناحية، يجب أن يكون المدى أطول ما يمكن، ولكن يجب أن تكون السيارة رخيصة الثمن للشراء للجماهير. اعتبارا من اليوم، هذا غير ممكن! ولكن إذا قمت بتحويل الأهداف في اتجاه أو آخر، فإن تقنيات البطاريات البديلة يمكن أن تقدم بالفعل مزايا مثيرة.

القاعدة الأساسية هي: كلما كانت البطارية أكبر، كان المدى أطول. ولكن أيضًا: كلما ارتفع السعر. لماذا تتمتع بطارية الليثيوم أيون حاليًا بمثل هذا الوضع المهيمن؟ نسأل الباحث ماركوس جان، رئيس وحدة كفاءة تقنيات البطاريات في المعهد النمساوي للتكنولوجيا (AIT)، والخبير الحقيقي في تقنيات البطاريات المختلفة. "لقد عرفنا عن تقنية الليثيوم أيون التي نستخدمها حاليًا منذ أوائل التسعينيات. ومع ذلك، فقد تمكنا الآن من جعل الخلايا أكثر قوة بشكل ملحوظ. ومع ذلك، فإننا نعمل بالفعل بالقرب من الحد المادي مع هذا النوع من البطاريات. لم يعد بإمكاننا أن نتوقع أي قفزات كبيرة هنا ". تتمتع بطاريات الليثيوم أيون ببعض المزايا التي لا يمكن إنكارها: فهي توفر كثافة طاقة عالية، ولها عمر افتراضي يصل إلى حوالي 1000 دورة شحن، كما أنها آمنة إلى حد معقول للبناء. الجانب السلبي: درجات الحرارة المنخفضة ليست صديقتك، وإعادة التدوير حاليًا لا تزال مكلفة للغاية - لأنها معقدة - والأهم من ذلك أنهم يستخدمون مواد نادرة مثل النيكل والمنغنيز والكوبالت. ناهيك عن أن تعدين الليثيوم ملوث للغاية وأن معظم الرواسب معروفة في أمريكا الجنوبية وأستراليا، الأمر الذي يفتح أيضًا "التبعية الجيوسياسية" - وهو الأمر الذي لم يصفه الباحث جان.

فإذا أصبحت البطارية أرخص، تصبح السيارة الكهربائية بأكملها أرخص. ولذلك، يتم إجراء أبحاث مكثفة حول البدائل. يوجد حاليًا تقنيتان يمكنهما - من وجهات نظر معينة - التنافس مع بطارية أيون الليثيوم: بطارية ليثيوم فوسفات الحديد (LFP للاختصار) أو بطاريات أيون الصوديوم. كلا الخيارين لهما مزايا وعيوب محددة. تستخدم فورد بالفعل بطارية LFP في بعض الطرازات لأنها، وفقًا للشركة المصنعة، توفر ميزة سعرية تبلغ حوالي 15 بالمائة. المزيد من المزايا: ثبات الدورة العالي، وأقل حساسية لدرجة الحرارة، ولا يتطلب مواد خام نادرة وقابل لإعادة التدوير بنسبة 100 بالمائة تقريبًا، ويجب التخلص من الإلكتروليت فقط. وهذا يعني أن بطاريات LFP يمكن أن تجعل بدء تشغيل السيارة الكهربائية أقل تكلفة. الجانب السلبي: كثافة الطاقة أقل، لذلك هناك حاجة إلى المزيد من الخلايا لنفس النطاق كما هو الحال مع بطارية ليثيوم أيون. وهذا من شأنه أن يزيد الوزن مرة أخرى - وكذلك السعر. ومع ذلك، إذا تم استخدام هذه التكنولوجيا في المركبات التي لا يتعين عليها تحقيق أقصى مدى، فإنها توفر تكلفة واضحة وميزة بيئية. ويقدر الباحث ماركوس جان الفرق في كثافة الطاقة بحوالي 20 بالمائة. يقول الباحث: "لا ينبغي أن يكون الهدف هنا هو استبدال بطارية الليثيوم أيون 1:1 ببطارية LFP، بل يمكن أن تكون التكنولوجيا بديلاً فعالاً من حيث التكلفة إذا تم استخدامها بشكل صحيح إذا تم اختيار الغرض المقصود وفقًا لذلك".

تصنع بطاريات أيونات الصوديوم اسمًا لنفسها حاليًا في الصين وتتمتع بشعبية متزايدة. يمكن لباحث المعهد الأمريكي للتكنولوجيا ماركوس يان أن يشهد أيضًا على الخصائص الإيجابية للغاية للخلايا: "لقد تم إجراء أبحاث مكثفة على بطارية أيون الصوديوم لمدة سبع سنوات تقريبًا. كانت هذه التقنية في الأصل مخصصة للتشغيل الثابت لأنها تتيح تكاليف جذابة لكل كيلووات ساعة. مزايا أخرى: الصوديوم متاح بسهولة في جميع أنحاء العالم، مما يقلل التكاليف. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تصنيع الخلايا بنفس الطريقة تمامًا مثل بطاريات أيون الليثيوم، حتى على نفس خطوط الإنتاج. وعمليًا يتم استبدال الليثيوم فقط بالصوديوم." لكن من ناحية أخرى، تحتاج هذه الخلية أيضًا إلى مواد خام نادرة بخلاف الليثيوم ولا يمكن دمجها مع الليثيوم في نفس عملية إعادة التدوير. لكن النقطة الشائكة مختلفة: كثافة الطاقة أقل، وحوالي ربعها مفقود من خلية الليثيوم. الوسائل: يتم شراء الميزة السعرية مرة أخرى على حساب النطاق. لكن الباحث في مجال البطاريات، ماركوس يان، يحاول شرح سبب استمرار إمكانات هذه التكنولوجيا: "يجب ألا ننسى أن الطلب على السيارات الكهربائية سيزداد بشكل كبير الآن وفي المستقبل. لذلك تحتاج بسرعة إلى الكثير من البطاريات، ولا يحتاج كل مستخدم للسيارة الكهربائية إلى مدى يصل إلى 700 كيلومتر. وهنا يمكن أن تكون بطارية أيون الصوديوم بمثابة حل وسط جيد بين المدى والتوافر والسعر". وفي نهاية مقابلتنا، سألنا الباحث عن نوع البطارية التي سنستخدمها على المدى المتوسط، خلال السنوات الخمس المقبلة. الجواب: "سيسود نوع الليثيوم أيون حتى ذلك الحين". لكن ما سيأتي بعد ذلك لا يزال سؤالًا مفتوحًا بناءً على الحالة الحالية للبحث.

أيون الليثيوم

+ كثافة طاقة عالية

+ ثبات الدورة الصلبة

+ بحثت على نطاق واسع

- غالي

– الإنتاج كثيف الموارد

– إعادة التدوير المعقدة

فوسفات الحديد الليثيوم

+ أرخص

+ ثبات الدورة عالي جداً

+ أقل حساسية لدرجة الحرارة

– انخفاض كثافة الطاقة

أيونات الصوديوم

+ الصوديوم وفير وسهل الحصول عليه

+ وبالتالي أرخص

+ يمكن إنتاجه على خطوط إنتاج أيون الليثيوم

– انخفاض كثافة الطاقة

- ما يصل إلى الليثيوم، الذي يتطلب إنتاجه الكثير من الموارد

– إعادة التدوير المعقدة