كويت نيوز اخبار الكويت والعالم 
تستخدم تقنية البطاريات مواد متطورة في تصميم وإنتاج البطاريات لتعزيز أدائها وكفاءتها ومتانتها.
وهناك عدة أبحاث متنّوعة في هذا المجال تركز على تصنيع بطاريات ذات كثافة طاقة أفضل وعمر وتكلفة أفضل بالإضافة إلى تطوير طرق شحن مبتكرة، مثل الشحن السريع واللاسلكي.
وتُستخدم البطاريات المتقدمة في مختلف الصناعات، حيث يتم استخدامها حاليًا في الأجهزة الإلكترونية المحمولة والمركبات الكهربائية والهجينة وأنظمة تخزين الطاقة والأجهزة الطبية والمعدات الصناعية والتطبيقات العسكرية.
وهنا تجدر الإشارة إلى هيمنة آسيا والصين الآن على معالجة مواد أيون الليثيوم وإنتاج الخلايا، بينما تحاول الولايات المتحدة وأوروبا على وجه الخصوص الآن بناء سلاسل إمداد البطاريات الخاصة بها وتطويرها، مما يحدد وتيرة الابتكار وتطوير تقنيات الجيل التالي.
ومن المتوقع أن يشهد سوق تقنيات البطاريات المتقدمة نموًا كبيرًا في السنوات القادمة، وأن يرتفع حجم السوق من 95.7 مليار دولار أمريكي في عام 2022 إلى 136.6 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2027، بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 7.4%.
تتمثل بعض الاتجاهات القادمة لعام 2023 في صناعة تقنيات البطاريات المتقدمة في زيادة استخدام تقنية الحالة الصلبة، والتكامل مع الطاقة المتجددة، والمواد الخام الصديقة للبيئة.
1- بطارية الهيدروجين المعدنية
– هي بطارية قابلة لإعادة الشحن تعتمد على النيكل والهيدروجين، عن طريق استخدام الهيدروجين بالشكل الغازي والمخزن بشكل خلية مضغوطة بقوة ضغط 1200 رطل على البوصة المربعة (82.7 بار).
– تعادل كثافة الطاقة في هذه البطارية حوالي ثلث بطارية الليثيوم ولكن الخاصية المميزة لبطارية نيكل-هيدروجين هي أنها معمرة. وتعمل البطارية بأكثر من 20,000 دورة شحن بفاعلية طاقة 85% وفاعلية فاراد 100.
– خصائص بطاريات نيكل-هيدروجين تجعلها مناسبة لتخزين الطاقة في الأقمار الصناعية والمسبار الفضائي.
– على سبيل المثال، محطة الفضاء الدولية ومسنجر ومارس أوديسي وماسح الأراضي مارس غولب كلها مزودة ببطاريات نيكل-هيدروجين.
– من خلال تحويل الطاقة الكيميائية المخزنة في الغازات إلى طاقة كهربائية، يمكن استخدام البطارية لتشغيل محركات الدفع الكهربائي أو بطاريات التخزين المؤقتة أو مجموعة متنوعة من التطبيقات الأخرى.
2- بطاريات المُنحل بالكهرباء السيليكون العضوي
– مركبات السيليكون العضوي هي عبارة عن مذيب إلكتروليت عضوي متقدم يعمل على تثبيت ملح الليثيوم والمذيبات المشتركة للكربونات في محلول. وتعمل في أنظمة الإلكتروليت السائلة والصلبة لتحسين أداء البطارية.
– وتعتبر عاملاً رئيسيًا لزيادة كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم أيون وبطاريات الليثيوم المعدنية، وتتميز هذه المركبات بثبات كيميائي وحراري عالٍ.
– وقد اجتذبت مركبات السيليكون العضوي اهتمامًا كبيرًا لأنها غير سامة وغير قابلة للاشتعال بالإضافة إلى ضغط بخار أقل ونقطة وميض أعلى من كربونات الألكيل التجارية.
– يتزايد استخدام السيليكون العضوي بسبب الفوائد البيئية مثل انخفاض انبعاثات الكربون وتقليل القابلية للاشتعال.
3- بطاريات أكسيد الزنك والمنجنيز
– تستهدف هذه البطارية بشكل أساسي تخزين الطاقة على نطاق الشبكة نظرًا لكثافة الطاقة النظرية العالية التي تنافس أنظمة الليثيوم أيون (حوالي 400 واط/ لتر)، والكهارل المائي الآمن نسبيًا، والتكاليف المتوقعة التي تقل عن 100 دولار/ كيلوواط ساعة على نطاق واسع.
– فضلًا عن أن استخدام الماء كإلكتروليت في بطاريات الزنك والمنغنيز يجعلها أكثر أمانًا بشكل ملحوظ من الأشكال الأخرى للخلايا الكهروكيميائية.
– أيضًا لا تشتعل هذه البطاريات مثل بطاريات الليثيوم أيون وتوفر قدرًا أكبر من الأمان على بطاريات الليثيوم أيون.
– كما يعتبر الزنك أرخص من الكوبالت والليثيوم، لذا فإن تصنيع هذه البطارية واستخدامها يمكن أن يقلل أيضًا من تكلفة تخزين الطاقة.
4- بطاريات الليثيوم التنغستن بتقنية النانو
– تُعد بطارية الليثيوم التنغستن بتقنية النانو بمثابة فئة متقدمة وجديدة لبطاريات الليثيوم أيون.
– تحتوي هذه الخلايا الكهروكيميائية على هيكل متعدد الطبقات يوفر مساحة أكبر لنقل الأيونات.
– يتكون قسم الأنود في البطارية من التنغستن والكربون. وتعمل طبقات الأنابيب النانوية والعناصر الأخرى على إنشاء بنية داخل البطارية تعمل بكفاءة عالية.
– وتتمثل الميزة الرئيسية لتقنية النانو في أن نقل الطاقة عبر البطارية يكون أسرع من بطاريات الليثيوم أيون القياسية، مما يزيد من قدرة البطارية على الشحن بسرعة كما تدوم لفترة أطول.
– عندما لا تكون البطارية في وضع الاستخدام، يمكن استخدام المواد النانوية كطلاء لفصل الأقطاب الكهربائية.
– تعمل المواد النانوية أيضًا على زيادة الطاقة المتاحة من البطارية مما يقلل الوقت اللازم لإعادة شحن البطارية. وقد تم تصنيع هذه البطاريات بشكل رئيسي للسيارات والصناعات الكهربائية.
5- بطاريات ليثيوم أيون أنود السيليكون
– يتكون الأنود في هذه التقنية من السيليكون وتعتبر أيونات الليثيوم حاملة شحنة. والسيليكون هو من مواد الأنود الواعدة لبطاريات الليثيوم أيون.
– تبلغ سعته القياسية حوالي 4000 مللي أمبير/ جرام، وهو أعلى بعشر مرات من الجرافيت.
– يعزز السيليكون كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم أيون عند استخدامه كأنود. حيث يمكن لكل ذرة سيليكون أن تربط ما يصل إلى 3.75 ذرة من الليثيوم في حالتها الكاملة الليثيوم مقارنة بذرة ليثيوم واحدة لكل 6 ذرات كربون للجرافيت الليثي بالكامل؛ ومن ثم، فإن السيليكون يؤلف قدرات كبيرة من حيث الوزن والجاذبية.
– ويعتبر أداء السيليكون أعلى من أداء الجرافيت في بطاريات السيارات الكهربائية، فضلًا عن أنه أرخص من المواد الأخرى وله تأثيرات أقل ضررًا على البيئة.
– تُستخدم بطارية أنود السيليكون في بعض السيارات الكهربائية، إلا أنها لا تستخدم على نطاق واسع.
– ويعزى السبب في ذلك إلى نطاقات القيادة غير العملية، كما أنه يزيد من كتلة السيارة مما يؤدي إلى زيادة تكلفة تصنيع المركبات.
