وطنا اليوم:”بطارية تشحن في ثلاث دقائق، وعمرها نصف قرن، وليست هذه ميزتها الوحيدة”.. إذ يختبر علماء تقنية جديدة تدعى بطاريات الليثيوم الصلبة أو بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة، من شأنها إحداث ثورة في عالم الشحن الكهربائي، وحل المشكلات التي تواجه صناعة السيارات الكهربائية.
وتمثل بطاريات الليثيوم مصدراً أساسياً لتزويد الطاقة الكهربائية لنسبة كبيرة من السيارات الكهربائية في العالم، وتعمل هذه البطاريات على نفس المبادئ، بغض النظر عن موادها، حيث تنتقل أيونات الليثيوم بين القطبين الموجب والسالب عبر الإلكتروليت “الموصل”.
تستخدم بطارية الليثيوم أيون التقليدية سائل إلكتروليت موصل للكهرباء مع فاصل بين الأقطاب يسمح للأيونات بالمرور.
أما بطارية الحالة الصلبة أو البطارية الصلبة التي يسعى العلماء لتوظيفها فيما يعرف ببطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة، فهي تقنية بطاريات تستخدم أقطاباً صلبة وإلكتروليتاً (موصلاً) صلباً، بدلاً من السائل أو الإلكتروليتات الهلامية البوليمرية الموجودة في بطاريات الليثيوم أيون أو بطاريات الليثيوم بوليمر.
تجربة واعدة لتطوير بطاريات الليثيوم الصلبة
في ولاية كولورادو الأمريكية يجري اختبار بطارية حالة صلبة جديدة من شأنها إحداث ثورة في عالم البطاريات، حسبما ورد في تقرير لموقع Popular Mechanics.
في منطقة خالية من الرطوبة والملوثات أنتجت شركة Solid Power أول خلايا بطارية ليثيوم صلبة معدنية بالحجم الكامل.
تبدو هذه التقنية جيدة جداً لدرجة يصعب تصديقها من الناحية النظرية.
إنها ستؤدي إلى قفزة تقدر بـ10 أضعاف الطاقة المخزنة في البطارية (أو 10 أضعاف في السعة)، مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون التقليدية.
مميزات بطارية الليثيوم أيون السائلة العاملة حالياً
بطارية الليثيوم أيون السائلة التقليدية هي بالفعل أعجوبة حديثة جلبت جائزة نوبل لباحثيها الرئيسيين، وذلك بفضل كثافة الطاقة غير المسبوقة لمادة الليثيوم.
لقد كانت، على سبيل المثال، نعمة فورية لمرضى جهاز تنظيم ضربات القلب، الذين يمكنهم الآن الاعتماد على بطارية لمدة 10 سنوات بدلاً من سنتين. لكن تأثير الليثيوم الأكبر على البطاريات جاء مع بطاريات الليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن في التسعينيات للإلكترونيات المحمولة والسيارات الكهربائية.
ولطالما كان الليثيوم محور أبحاث البطاريات لعقود لأنه موصل ممتاز.
يقول الدكتور جون ليو، المدير في مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني في ريتشلاند بواشنطن: “معدن الليثيوم هو أعلى المواد التي نعرفها سعة”.
يقول جيف ساكاموتو، أستاذ الهندسة الميكانيكية في جامعة ميشيغان الأمريكية والمتخصص في بطاريات الحالة الصلبة “إن الليثيوم يخلق جهداً عالياً حقاً، وبالمقارنة مع القلويات الأخرى مثل البوتاسيوم أو الصوديوم، فإن الليثيوم له أصغر حجم أيون، وثالث أقل وزن ذري في الجدول الدوري، ما يعني المزيد من الإلكترونات، وبالتالي المزيد من الكهرباء المخزنة مع وزن وحجم بطارية أصغر.
كثافة الطاقة لخلايا أيون الليثيوم أكبر بأربعة أضعاف من تلك الموجودة في بطاريات النيكل والكادميوم، التي حلت بطاريات الليثيوم محلها إلى حد كبير.
تشحن في 3 دقائق، فماذا يعني ذلك لصناعة السيارات الكهربائية؟
نتائج تجارب بطاريات الليثيوم الصلبة أكثر إثارة للإعجاب في مجال آخر هو فترة شحن البطارية، إذ تمكنت خلية بطاريات الليثيوم الصلبة المعدنية الخاصة بهم من إعادة الشحن في ثلاث دقائق فقط.
يعد طول فترة الشحن واحدة من أكبر عيوب السيارات الكهربائية مقارنة بالسيارات العاملة بالوقود الأحفوري.
إذا تمكنت تقنية بطاريات الليثيوم الصلبة من العمل في السيارات الكهربائية، فذلك يعني القدرة على إعادة شحن السيارة في نفس الوقت (أو أقل) المطلوب لملء خزان الوقود بالبنزين أو السولار.
وتحتاج معظم المركبات الكهربائية حالياً إلى ثلاث ساعات على الأقل لإعادة الشحن، والشحن السريع يكون في أفضل حالاته في حدود نصف ساعة أو أكثر.
وزن أقل وعمر مديد
الهدف الحالي للشركة هو صنع نوع من بطاريات الليثيوم الصلبة لديه ضعف كثافة الطاقة الموجودة في خلايا السيارات اليوم.
يعني ذلك بطاريات أقل وزناً، وأسرع في الشحن.
ليس هذا فقط، يُعتقد أن البطارية قد تصل 1000 دورة شحن، كما يمكن أن يصل عمر البطارية المتوقع إلى 25 سنة أو حتى نصف قرن، كما يقول الدكتور شين لي، أحد باحثي هارفارد الذين يعملون في مشروع البطاريات الليثيوم الصلبة.
وتعرّف العالم على سيارة كهربائية ذات بطارية صلبة في أولمبياد طوكيو، حيث قامت شركة تويوتا للسيارات، بالتعاون مع شركة باناسونيك لصناعات البطاريات، بتجهيز أسطول من سياراتها الاختبارية LQ بهذه البطاريات. يمكن رؤية LQs على شكل فقاعة بعد سباقات الماراثون للرجال والسيدات، وحتى إنها لعبت دور البطولة في الإعلانات التجارية للألعاب الأولمبية.
بطاريات الليثيوم الصلبة
سيارة كهربائية صينية من طراز XPeng’s /روتيتر
هذه العروض التوضيحية تبدو مثيرة للتفاؤل، على الرغم من عدم إصدار تويوتا أي تفاصيل أخرى حول البطاريات العاملة LQ، لكن ما زالت أمامنا سنوات طويلة قبل أن نرى بطارية الليثيوم الصلبة تصل إلى صالة العرض، حسب موقع Popular Mechanics.
يقول دوج كامبل، الرئيس التنفيذي لشركة Solid Power، إن الشركة أمامها خمس سنوات لكي يمكن وضع بطارياتها في السيارات الاستهلاكية، وقد وقعت شركتا BMW الألمانية وFord الأمريكية اتفاقين معها كشريكين.
تقول الشركة إنها تتفوق بسنوات على معظم الشركات المنافسة، وذلك بفضل أبحاثها حول تكييف تكنولوجيا تصنيع أيونات الليثيوم الحالية.
يمكن للدفع نحو بطاريات الليثيوم الصلبة أن يمنحنا عالماً يتم فيه إعادة شحن السيارات الكهربائية في دقائق، بينما تستمر بطاريات أجهزة تنظيم ضربات القلب تعمل لمدة نصف قرن، فقط السؤال عن متى سنصل إلى ذلك
