بطاريات الألومنيوم والكبريت: مستقبل صناعة البطاريات
العلماء يبتكرون بديلًا رخيصًا لبطاريات "أيون الليثيوم"
نظرًا لارتفاع تكلفة بطاريات أيون الليثيوم في الوقت الحالي، طور باحثون في "معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا" (Massachusetts Institute of Technology) ومعاهد تكنولوجية أخرى نوعًا جديدًا من البطاريات، مصنوعة بالكامل من مواد وفيرة وغير مكلفة، والتي توفر حلًا منخفض التكلفة وآمنًا.
تم الإعلان عن بنية البطارية الجديدة، التي تستخدم الألومنيوم والكبريت كمواد قطب كهربائي، مع إلكتروليت ملح منصهر بينهما، في مجلة "ناتشر" (Nature) العلمية البريطانية، من خلال ورقة أعدها "دونالد سادواي" (Donald Sadoway) الأستاذ في "معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا"، إلى جانب 15 شخصًا آخرين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومعاهد التكنولوجيا الأخرى في الصين وكندا وولاية "كنتاكي" وولاية "تينيسي".
هذا، ويُعد ابتكار هذه البطاريات أفضل بكثير من بطاريات أيونات الليثيوم؛ حيث تُستخدم للتخزين الثابت على نطاق صغير، كما يتم استخدامها في السيارات.
عيوب بطاريات "أيون الليثيوم" مقابل مزايا بطاريات الألومنيوم
يعيب بطاريات "أيون الليثيوم" أنها باهظة الثمن، كما تحتوي على إلكتروليت قابل للاشتعال، مما يجعلها أقل كفاءة لنقل الكهرباء. لذلك بدأت دراسة الجدوى الخاصة بالبطاريات الجديدة، بحثًا عن معادن رخيصة وفيرة في الأرض والتي قد تكون قادرة على استبدال الليثيوم.
وتجدر الإشارة هنا إلى أن معدن الحديد السائد تجاريًا، لا يمتلك الخصائص الكهروكيميائية الصحيحة لإنتاج بطارية فعّالة، الأمر الذي دفع للبحث عن بديل مثل معدن الألومنيوم، والذي يُعد ثاني أكثر المعادن وفرة في السوق، وواحدًا من أكثر المعادن وفرة على وجه الأرض؛ الأمر الذي يحفز على استخدامه لإنتاج تلك البطاريات الجديدة.
المكونات الثلاثة التي تم الاتفاق على استخدامها في صنع البطاريات الجديدة هي رخيصة ومتوافرة بسهولة وهي؛ الألومنيوم؛ والأملاح، والكبريت، والذي غالبًا ما يكون ناتجًا عن نفايات عمليات مثل تكرير البترول؛ وجميعها آمنة ولا تشتعل.
وقد أظهر الفريق في تجاربه أن خلايا البطارية الجديدة يمكن أن تتحمل مئات الدورات بمعدلات شحن عالية بشكل استثنائي، وبتكلفة متوقعة لكل خلية تبلغ نحو سدس تكلفة خلايا أيون الليثيوم المماثلة. وأظهروا أن معدل الشحن يعتمد بشكل كبير على درجة حرارة العمل؛ حيث أظهرت 110 درجات مئوية (230 درجة فهرنهايت) معدلات أسرع 25 مرة من 25 درجة مئوية (77 فهرنهايت).
علاوة على ذلك، لا تحتاج البطارية إلى مصدر حرارة خارجي للحفاظ على درجة حرارة التشغيل؛ حيث يتم إنتاج الحرارة بشكل طبيعي كهروكيميائي عن طريق شحن البطارية وتفريغها. وأثناء الشحن، تولد الحرارة، وهذا يمنع الملح من التجمد، وعندما يتم تفريغه، فإنه يولد أيضًا حرارة.
هذه التركيبة الجديدة للبطارية، ستكون مثالية للتركيبات ذات الحجم المطلوب تقريبًا لتشغيل منزل واحد أو شركة صغيرة إلى متوسطة، وتنتج في حدود بضع عشرات من الكيلوواط/ساعة من سعة التخزين. كما أن الحجم الصغير لبطاريات الألومنيوم والكبريت سيجعلها عملية للاستخدامات في محطات شحن السيارات الكهربائية.
بالنسبة للمنشآت الأكبر، التي تصل إلى نطاق من عشرات إلى مئات ميجاواط/ ساعة، قد تكون التقنيات الأخرى أكثر فعالية، بما في ذلك البطاريات المعدنية السائلة التي طورها "سادواي" وطلابه منذ عدة سنوات والتي شكلت الأساس لشركة فرعية تسمى "أمبري" (Ambri)، والتي تأمل في تسليم منتجاتها الأولى خلال عام 2023. ونتيجة لهذا الاختراع، حصل "سادواي" مؤخرًا على جائزة المخترع الأوروبي لهذا العام.
المصدر: مقتطفات تنموية، السنة الثالثة، العدد (34).