الحوار المتمدن - موبايل
الموقع الرئيسي


جيل المستقبل من البطاريات

محمد عبد الكريم يوسف
مدرب ومترجم وباحث
(Mohammad Abdul-karem Yousef)

2022 / 5 / 31
الصناعة والزراعة


اعداد جرين سيتي تايمز
ترجمة محمد عبد الكريم يوسف

ماذا سيكون الجيل المستقبلي من البطاريات؟
 

يجري تطوير بطاريات الليثيوم أيون من الجيل التالي ، وهناك أصناف موجودة بالفعل في السوق حاليًا . تتمتع بطاريات الليثيوم أيون من الجيل التالي بكفاءة تبلغ 2-7 أضعاف كفاءة البطاريات الحالية ، مع تقليل التكاليف غالبًا. تحافظ الأنواع الجديدة من بطاريات الليثيوم المتطورة على قدرة مستقرة لأكثر من 20 عامًا . يمكن شحن بطاريات من الجيل التالي في دقائق ، وهي قابلة لإعادة الشحن ، ولها سعة أعلى ، كما أنها أكثر فعالية من حيث التكلفة من أجيال البطاريات السابقة.

النوع الأكثر شيوعًا من البطاريات المتقدمة ذات السعة العالية والمستخدمة على نطاق واسع والتي يتم تطويرها اليوم هي بطاريات ليثيوم أيون المصنوعة من معادن أخرى. يؤدي تطوير البطاريات المتقدمة إلى إنشاء تقنية فريدة للبطاريات (مثل أكسيد الكوبالت ليثيوم أيون ، والذي يستخدم كثيرًا اليوم في الأجهزة المحمولة - الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة ، إلخ ...).

هناك معدن آخر شائع الاستخدام في البطاريات لمجموعة متنوعة من المنتجات والسيارات الكهربائية ، وغالبًا ما يتم دمجه مع معادن وعناصر أخرى - هو النيكل. "لطالما استخدم النيكل على نطاق واسع في البطاريات ، وغالبًا ما يستخدم في بطاريات النيكل والكادميوم وفي بطاريات هيدريد معدن النيكل التي تدوم طويلاً ..." .

تقنيات بطاريات الجيل التالي

فيما يلي بعض الأمثلة الأخرى لتقنيات الجيل التالي من بطاريات المتقدمة الموجودة حاليًا في السوق (ولكنها أقل توفرًا تجاريًا على نطاق واسع من أصناف  . بطاريات الليثيوم - الحديد - الفوسفات هي حاليًا حل بطاريات شائع لبعض تطبيقات البطاريات الثابتة. تشمل تقنيات البطاريات المتقدمة الأخرى قيد التطوير حاليًا:

سيليكون ليثيوم أيون

 أكسيد المنغنيز ليثيوم أيون

ليثيوم أيون الكبريت

الحالة الصلبة ليثيوم أيون

كل هذه البطاريات الواعدة الأفضل في فئتها والتي تعتمد على كيمياء ليثيوم أيون المتقدمة هي أكثر كفاءة من منتجات أجيال بطاريات الليثيوم السابقة ؛ وهي أيضًا أخف وزنا ، تدوم لفترة أطول ، وغالبًا ما تظل قابلة لإعادة الشحن بينما يتم تطويرها أيضًا للشحن السريع ؛ ولديها قدرة طاقة أعلى.

ظهرت بطاريات ليون المتطورة هذه على قائمة أحدث كيميائية للبطاريات في السوق الشامل ؛ أثناء انتقالهم من مراحل البحث والتطوير والاختبار التجريبي والعرض التوضيحي. يمكن لبطاريات ليون المتقدمة من الجيل التالي أن تحدث ثورة في تكنولوجيا البطاريات من أجل:

الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر والأجهزة اللوحية

المركبات الكهربائية

تخزين طاقة الشبكة

المباني التجارية / البلدية

المركبات الترفيهية والقوارب

تطبيقات الفضاء ، والتطبيقات الصناعية الأخرى ، وأكثر من ذلك بكثير.

إعادة تدوير البطارية

تتمثل الخطوة التالية في ضمان أن الأجيال القادمة من بطاريات هي في الواقع حلاً مستدامًا هي جهد متضافر من قبل مصنعي البطاريات لتطوير بطاريات مع خيارات إعادة التدوير المستقبلية المضمنة في تصميم البطارية. إليك مقتطف من سي اند ان حول أهمية وضع متطلبات إعادة التدوير المستقبلية في الاعتبار كأولوية لمصنعي البطاريات:

جعلت بطاريات الليثيوم أيون الأجهزة الإلكترونية المحمولة في كل مكان ، وهي على وشك أن تفعل الشيء نفسه للسيارات الكهربائية . قصة النجاح هذه تضع العالم على المسار الصحيح لتوليد كومة بملايين الأطنان المترية من بطاريات ليون المستعملة التي يمكن أن ينتهي بها المطاف في سلة المهملات. البطاريات قيمة وقابلة لإعادة التدوير ، ولكن نظرًا لعوامل تقنية واقتصادية وعوامل أخرى ، فإن أقل من 5٪ يُعاد تدويرها اليوم.

تدفع ضخامة حالة البطارية المستهلكة الوشيكة الباحثين إلى البحث عن استراتيجيات فعالة من حيث التكلفة ومستدامة بيئيًا للتعامل مع المخزون الهائل من بطاريات ليون التي تلوح في الأفق. من

الجدل حول الكوبالت

تتمثل إحدى المشكلات الصارخة في بطاريات الليثيوم أيون في الافتقار إلى الاستدامة في تحديد مصادر المعادن الأرضية النادرة الحرجة المستخدمة في بطاريات الليثيوم. يمثل مصدر الكوبالت الوارد من الكونغو مشكلة خاصة (يوجد الكوبالت في كثير من الأحيان في البطاريات في الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والمركبات الكهربائية).

يتم الحصول على الكوبالت من الكونغو (التي توفر ما يقرب من 2/3 من الكوبالت في العالم) ، ثم يتم استخدامه في بطاريات أكسيد الكوبالت الليثيوم (بالإضافة إلى البطاريات الأخرى - لقضايا مثل متانة البطارية وما شابه) بشكل غير مستدام وغير أخلاقي. الكوبالت الوارد من الكونغو هو نتاج تعدين الكوبالت المليء بانتهاكات حقوق الإنسان (عمالة الأطفال ، والعمل مقابل أجور غير كافية ، والعمل في ظروف خطرة وغير منظمة) ، والظلم البيئي والاجتماعي غير المخفف ، وممارسات أخرى غير مستدامة.

يوجد الكوبالت في العديد من أنواع بطاريات الليثيوم ، وحتى البطاريات القائمة على النيكل ، والبطاريات الأخرى التي تستخدم مزيجًا من المعادن والعناصر. ومع ذلك ، توجد بطاريات لا تحتوي على كوبالت أو معادن أرضية نادرة أخرى غير مستدامة ( مثل أنواع البطاريات الواعدة المذكورة أعلاه في هذه المقالة ). هناك مصنعون ينتجون بطاريات ليثيوم أيون خالية من الكوبالت ، بالإضافة إلى العديد من الشركات المصنعة للبطاريات الملتزمة باستخدام الكوبالت الذي لا يتم الحصول عليه من الكونغو ؛ ولكن بالأحرى أجزاء أخرى من العالم لا يوجد بها انتهاكات لحقوق الإنسان في تعدين الكوبالت.

و  منذ الإبلاغ مرارًا وتكرارًا عن عمالة الأطفال والسخرة في تعدين الكوبالت ، ولا سيما في المناجم الحرفية في جمهورية الكونغو الديمقراطية ، واجهت شركات التكنولوجيا التي تسعى إلى إنشاء سلسلة توريد أخلاقية نقصًا في هذه المواد الخام ووصل سعر معدن الكوبالت إلى أعلى مستوى له منذ تسعة أعوام في أكتوبر 2017 ، أكثر من 30 دولارًا أمريكيًا للرطل ، مقابل 10 دولارات أمريكية في أواخر عام 2015. بعد زيادة العرض ، انخفض السعر إلى 15 دولارًا أمريكيًا في عام 2019. كرد فعل على المشكلات المتعلقة بتعدين الكوبالت الحرفي في جمهورية الكونغو الديمقراطية ، عدد من موردي الكوبالت و قام عملاؤهم بتكوين  معرض تحالف الكوبالت الذي يهدف إلى إنهاء استخدام عمالة الأطفال وتحسين ظروف العمل لتعدين الكوبالت ومعالجته في جمهورية الكونغو الديمقراطية.

يشمل أعضاء منظمة تعدين الكوبالت الأخلاقية الأخرى ، وهي مبادرة الكوبالت المسؤولة ، فيرفون و  غلين غور و مؤسسة تسلا . يجري الاتحاد الأوروبي بحثًا حول إمكانية التخلص من متطلبات الكوبالت في إنتاج بطاريات أيونات الليثيوم.اعتبارًا من أب 2020 ، خفض صانعو البطاريات تدريجياً محتوى الكاثود من الكوبالت من 1/3 ، إلى 2/10 ، إلى 1/10 حاليًا ، كما أدخلوا كاثود  الخالي من الكوبالت  في حزم بطاريات السيارات الكهربائية مثل  طراز تسلا 3 . في أيلول 2020 ، حددت تسلا خططها لصنع خلايا بطاريات خاصة بها خالية من الكوبالت 

تلخيص تقنيات البطاريات المتقدمة الحالية

لا تزال البطاريات المتقدمة المتوفرة تجارياً (مثل  أوكسيد الكوبالت ، أو بطاريات ليون الواعدة التي تكتسب شعبية لتخزين الطاقة المنزلية والمركبات الكهربائية) أبرز البطاريات عالية السعة المتوفرة على نطاق واسع في السوق اليوم. يتم إنتاج هذه البطاريات المتقدمة للهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والمركبات الكهربائية ؛ وكذلك على نطاق صغير (مبنى سكني / تجاري) ، وتخزين الطاقة على نطاق واسع (شبكي ، صناعي) .

ومع ذلك ، فإن بطاريات أيون الصوديوم والبطاريات القائمة على  الجرافين وبطاريات الزنك الهوائية  تمثل مواد أرخص وأكثر وفرة وصديقة للبيئة من الليثيوم ؛ يمكن أن تنتج بطارية أقل تكلفة مع إمكانيات تخزين الطاقة على المدى الطويل وتطبيقات لمجموعة واسعة من المنتجات - إذا كان البحث والتطوير في هذه التقنيات ينتج بطاريات يمكن تسويقها تجاريًا على نطاق واسع.

تعد بطاريات فوسفات الليثيوم-فاناديوم من حلول بطاريات الجيل التالي التي تبشر بالخير ؛ حيث يمكنهم توسيع نطاق المركبات الكهربائية ، على سبيل المثال. من المحتمل أن تتمتع هذه البطاريات بقوة أكبر من البطاريات المتقدمة الموجودة في العديد من المركبات الكهربائية اليوم ، ولكنها أيضًا تتمتع بسلامة أكبر من البطاريات الموجودة في الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تكون إعادة شحن بطاريات الليثيوم-فاناديوم أسرع من البطاريات المستخدمة حاليًا في المركبات الكهربائية وأجهزة الكمبيوتر. تشمل أنواع بطاريات الجيل التالي المتقدمة الواعدة الأخرى بدرجات متفاوتة من البحث والتطوير ، وعلى مستويات مختلفة من قابلية التسويق ، أنواعًا مختلفة من بطاريات التدفق .

بطاريات التدفق

تتمتع بطاريات التدفق ، مثل تدفق الفاناديوم وتدفق أكسيد الزنك والحديد ، بعمر بطارية أطول من بطاريات الليثيوم التقليدية. بطاريات التدفق لها عمر بطارية يزيد عن 20 عامًا ، يتم شحنها وتفريغها بسرعة ؛ وزيادته بسهولة من أقل من 1 ميغاواط إلى أكثر من 10 ميغاواط. تمثل بطاريات تدفق الفاناديوم تخزينًا عالي السعة للطاقة ، ويمكن أن تكون خاملة عندما لا تنتج الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ، ثم تفريغها على الفور. لديها قدرة فريدة على الشحن والتفريغ في وقت واحد وإطلاق كميات كبيرة من الكهرباء بسرعة.

ونظرًا لأنها غير مكلفة لتوسيع نطاقها ، فإن بطاريات تدفق الفاناديوم تمثل فرصة لتخزين الطاقة على نطاق واسع وموثوق به وبأسعار معقولة. في هذه المرحلة ، لا تزال أنواع كثيرة من بطاريات التدفق في مرحلة البحث والتطوير بسبب تكلفة تصنيع هذه البطاريات ؛ مع توفر تجاري محدود فقط. ومع ذلك ، يُلاحظ الانتشار التجاري لبطاريات التدفق في بعض المناطق في جميع أنحاء العالم اليوم ، بما في ذلك بعض الأسواق الكبيرة - مثل جميع أنحاء أستراليا وآسيا .

على عكس بطاريات تدفق الفاناديوم ، والتي تمثل حاليًا بديلاً رائعًا وواقعيًا للبطارية ، فإن بطاريات الليثيوم الهوائية تمثل فقط من الناحية النظرية بديلاً رائعًا للبطارية. يمكن لبطاريات الليثيوم الهوائية أن تضاعف قدرة المركبات الكهربائية ثلاث مرات ؛ ويمكن أن تمنح المركبات الكهربائية المشحونة بالكامل نفس نطاق سيارات البنزين ذات الخزان الكامل. ومع ذلك ، في حين أن بطاريات تدفق الفاناديوم يمكن شحنها وتفريغها بشكل متكرر دون أي مشكلة ، فقد كان من الصعب تصنيع أنواع قابلة لإعادة الشحن من بطاريات الليثيوم الهوائية.

يتم حاليًا تصنيع بطاريات جديدة واعدة بكل شيء من:

·        ليثيوم أيون + كوبالت ، فوسفات ، منغنيز ، سيليكون

·       إن الجمع بين هذه العناصر ، جنبًا إلى جنب مع النيكل - لأكاسيد الكوبالت الليثيوم والنيكل والمنغنيز ، أو  كما تُعرف هذه البطاريات!

·        بطاريات تعتمد على الفاناديوم أو الزنك أو الصوديوم أو حتى الجرافين.

يتم إجراء البحث والتطوير المتقدم على " الموصلات الفائقة " وبطاريات التدفق وبطاريات الحالة الصلبة ومختلف البطاريات المعدنية أو بطاريات تدفق الهواء. بالإضافة إلى ذلك ، هناك مجموعات تجريبية مثل الليثيوم والكبريت والليثيوم والنيكل والمنغنيز والكوبالت وأكسيد تيتانات الليثيوم . تكتسب بطاريات الجيل التالي المتقدمة الجديدة تقدمًا سريعًا من حيث البحث والتطوير ، وكذلك النشر. ستساعد التطورات في بطاريات الجيل التالي في إضافة تخزين الطاقة المتجددة إلى الشبكة ، وإضافة سعة شحن إلى الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة لدينا ، والمساعدة في توسيع نطاق السيارات الكهربائية لتنافس تلك التي تعمل بالبنزين.





التعليق والتصويت على الموضوع في الموقع الرئيسي


اخر الافلام

.. حماس: تلقينا رد إسرائيل على موقفنا حول وقف إطلاق النار وسندر

.. كارثة غزة بالأرقام.. ورفع الأنقاض سيستغرق 14 عاما | #سوشال_س



.. قوات النيتو تنفذ مناورات عسكرية متعددة الجنسيات في سلوفاكيا


.. طلاب جامعة كاليفورنيا الأمريكية يقيمون مخيم اعتصام داخل حرم




.. رئيس سابق للموساد: حماس متمسكة بمطالبها ومواقفها ?نها تحررت