بطاريات أيون الصوديوم.. تقنية جديدة قد تجعلها أفضل خيار للسيارات الكهربائية

تفتح تقنية جديدة لتطوير بطاريات أيون الصوديوم الباب أمام استعمالها على نطاق واسع في السيارات الكهربائية التي تمثّل رقمًا مهمًا في معادلة الحياد الكربوني.

ووفق متابعات منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، تعتمد التقنية الجديدة أساسًا على إضافة عنصر الفاناديوم إلى بطاريات الصوديوم؛ ما يجعلها في حالة استقرار كبير في أثناء دورتي الشحن والتفريغ.

وبناءً عليه، يمكن أن تُسهم تلك التقنية في استبدال بطاريات أيون الصوديوم منخفضة التكلفة بنظيرتها بطاريات الليثيوم أيون التي تقترن بحوادث خطيرة مثل الحرائق على الرغم من شيوع استعمالها في المركبات الكهربائية.

ولعل ما قد يعزّز استدامة بطاريات أيون الصوديوم في السيارات الكهربائية هو توافر عنصر الصوديوم بكثرة في الأرض؛ إذ يشكّل نحو 2.6% من قشرة الأرض، كما يشكّل قرابة 40% من ملح الطعام.

حجر عثرة

لطالما شكّل الأداء غير الفاعل لبطاريات السيارات الكهربائية حجر عثرة في طريق انتشار تلك المركبات منخفضة الانبعاثات، غير أن الباحثين المتخصصين في قطاع بطاريات أيون الصوديوم يطوّرون مواد كيميائية جديدة؛ بهدف تخطي كثافة الطاقة التي تتسم بها بطاريات الليثيوم.

وعلى الرغم من أن الصين قد شرعت في استعمال تقنية بطاريات أيون الصوديوم في السيارات الكهربائية، واجه الباحثون صعوبةً بالغة في الإبقاء على الملح في دورات الشحن والتفريغ المتكررة.

وما لم تُحل معضلة كثافة الطاقة ستظل البطاريات المذكورة تتفوّق من حيث الوزن على نظيراتها بطاريات الليثيوم أيون المستعمَلة على نطاق واسع في المركبات الكهربائية.

ونتيجة لمعضلة الوزن يتركّز الكثير من أنشطة قطاع البحوث والتنمية بشأن بطاريات الصوديوم في الولايات المتحدة الأميركية على تطبيقات تخزين الكهرباء الثابتة.

أول مشروع مشترك

تُعد شركة بيك إنرجي (Peak Energy) الناشئة العاملة في مجال تخزين الطاقة، ومن ذلك على سبيل المثال: "أول مشروع مشترك أميركي يطور أنظمة بطاريات الصوديوم أيون"، وتمتلك الشركة مرافق موسعة حديثًا في ولاية كولورادو الأميركية.

كما يدعم مختبر شمال غربي المحيط الهادئ الوطني "بي إن إن إل" (PNNL) التابع لوزارة الطاقة الأميركية جهود تطوير بطاريات الصوديوم؛ إذ وقع عليه مؤخرًا الاختيار لقيادة جهود بحثية جديدة على مدى 4 سنوات تستهدف تحسين كثافة الطاقة والعمر الافتراضي لأنظمة أيون الصوديوم.

وقال المختبر: "الصوديوم عنصر يوجد بوفرة وفاعل من حيث التكلفة، كما أن بطاريات أيون الصوديوم تتسم بدرجة عالية من الاستقرار الحراري؛ ما يُسهم في خفض مخاطر التسخين الزائد والحرائق، ويجعلها خيارًا عمليًا للاستعمال واسع النطاق".

الفاناديوم حلّ مثالي

تجعل الخصائص الكيميائية التي يتسم بها الصوديوم هذا العنصر خيارًا مثاليًا لبطاريات السيارات الكهربائية، وهو ما حاول فريق بحثي في ولاية تكساس الأميركية إنجازه على الأرض.

ومزج البحث الذي قاده مختبر الأبحاث كانيبا (Canepa) الملحق بجامعة هيوستن الأميركية وعلماء في فرنسا، بين التقييم النظري والتحقّق التجريبي لإدخال مادة جديدة تُسمّى فوسفات الفاناديوم والصوديوم في مجال بطاريات أيون الصوديوم.

ومع إضافة الفاناديوم، يكون بمقدور أيونات الصوديوم في التركيبة الجديدة أن تتحرك بكفاءة أكبر في أثناء دورات الشحن/التفريغ، وفق معلومات طالعتها منصة الطاقة المتخصصة.

إلى جانب ذلك، نجح فريق مختبر كانيبا في زيادة كثافة الطاقة، وهو ما علّقت عليه جامعة هيوستن بقولها: "بفضل كثافة الطاقة الأعلى البالغة سعتها 458 واط/ساعة/كيلوغرام، قياسًا بـ396 واط/ساعة/كيلوغرام في بطاريات أيون الصوديوم القديمة، تجعل تلك المادة تقنية الصوديوم أقرب إلى المنافسة مع بطاريات الليثيوم أيون"، في بيان صحفي نُشر في 20 ديسمبر/كانون الأول الجاري.

تخزين الطاقة

أشار الباحث الرئيس في مختبر كانيبا، بييرمانويل كانيبا، إلى أن تخزين الطاقة الثابتة سيكون المحور الرئيس للتسويق، موضحًا: "الصوديوم أرخص بنحو 50 مرة من الليثيوم ويمكن حتى استخراجه من مياه البحر؛ ما يجعله خيارًا أكثر استدامة لتخزين الطاقة على نطاق واسع".

وما تزال إمكانية استعمال الفاناديوم في بطاريات السيارات الكهربائية مثار اهتمام العلماء بالنظر إلى قدرة هذا العنصر على الحفاظ على استقراره في حالات مختلفة؛ ما يفسّر سبب شيوع استعماله على نطاق واسع في بطاريات التدفق.

ووجد فريق البحث في مختبر كانيبا أن الفاناديوم قد مكّن بطاريات أيون الصوديوم من البقاء في حالة استقرار ملحوظ في أثناء عمليتي الشحن والتفريغ؛ ما نتج عنه جهد مستمر شدته 3.7 فولتًا، قياسًا بـ3.37 فولتًا لأنواع أخرى من تقنية بطاريات أيون الصوديوم.

تأمين سلاسل الإمدادات

يُسهم تطوير بطاريات أيون الصوديوم في تأمين سلاسل إمدادات بطاريات السيارات الكهربائية عبر زيادة تنويعها؛ بالنظر إلى كونها تعتمد الآن على بطاريات الليثيوم أيون.

وعلى الرغم من ظهور موارد محلية جديدة لليثيوم، بما في ذلك المناجم، وإعادة تدوير البطاريات، واستخراج المحلول الملحي من الجيل التالي، فإن الاعتماد المفرط على تركيبة كيميائية واحدة للبطاريات يكون عادة محفوفًا بالمخاطر.

وفي هذا الصدد قال مختبر كانيبا: "الاعتماد على أي تركيبة كيميائية واحدة للبطاريات يكون مقترنًا بمخاطر عديدة، وتشمل البطاريات السائدة اليوم عناصر رئيسة مثل الليثيوم والكوبالت والنيكل".

وأضاف: "الصوديوم عنصر وفير، ويمكنه خفض المخاطر وزيادة مرونة سلسلة الإمدادات عبر إتاحة تنوع أوسع لخيارات فاعلة من حيث التكلفة".

وتابع: "الولايات المتحدة مؤهلة تمامًا لتزويد المواد الخام، وكذلك لديها الإمكانات لتطوير تقنية بطاريات أيون الصوديوم؛ لأن البلاد تنتج كميات هائلة من كلوريد الصوديوم والصوديوم في العالم".

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..

المصادر:
1.تطوير بطاريات أيون الصوديوم عبر إضافة عنصر الفاناديوم من موقع كلين تكنيكا.