في هذه المقالة، سيقدم موقع Mrelec في جزأين أنواع بطاريات تخزين الطاقة الكهربائية، والابتكارات المعروفة لمعالجة هذا التحدي الهائل.

مقدمة

أصبح تخزين الطاقة قضية عالمية وتحدياً كبيراً. فمنذ ثمانينيات القرن الماضي، تجاوز الاستهلاك العالمي السنوي للنفط كميات النفط المكتشفة حديثاً. لذا، بات من الضروري التوجه إلى مصادر طاقة أخرى، كالطاقات المتجددة، وتطوير تقنيات لتخزين هذه الطاقات من أجل إدارة هذه الموارد بشكل أفضل.

ما هي أفضل تقنية لتخزين الطاقة الكهربائية؟

أولاً، نحتاج إلى معالجة أنواع البطاريات الموجودة ودراسة أدائها وقيودها.

بطاريتنا الأولى هي بطارية الرصاص الحمضية؛ ميزتها الرئيسية هي تكلفتها المنخفضة؛ ومع ذلك، فإن طاقتها النوعية المنخفضة (من 20 إلى 35 واط ساعة/كجم) وعمرها التشغيلي القصير (من 200 إلى 300 دورة) لا تسمح بالعديد من التطبيقات الأخرى غير استخدامها في مركبات الاحتراق الداخلي التقليدية.

النوع الثاني من البطاريات هو بطارية النيكل والكادميوم (Ni-Cd)؛ وقد تم تطويرها، وظهرت منها عدة مشتقات مثل بطاريات النيكل والزنك (Ni-Zn) والنيكل والحديد (Ni-Fe) والنيكل والهيدروجين (Ni-H2). يتميز هذا الجيل من البطاريات، الذي تم تسويقه منذ أربعينيات القرن الماضي، بعمر دورة أطول بكثير وطاقة نوعية أعلى مقارنةً ببطاريات الرصاص.

بعد ذلك، أرست بطارية هيدريد النيكل المعدني (Ni-MH)، المشتقة بدورها من بطارية النيكل الكادميوم (Ni-Cd)، الأساس لبطاريات الليثيوم أيون الحديثة باستخدام قطبين كهربائيين. في الواقع، قبل اختراع هذه البطارية، كان أحد القطبين يُستهلك دائمًا أثناء تشغيل البطارية (على سبيل المثال، كان مصعد الكادميوم في بطارية Ni-Cd يُستهلك أثناء التفريغ). يبقى المهبط كما هو في نماذج Ni-Cd؛ إلا أن المصعد يُصنع الآن من سبيكة قادرة على امتصاص الهيدروجين وإطلاقه. هذه السبيكة عادةً ما تكون سبيكة بين فلزية مثل LaNi5 أو TiNi.

للتذكير، لكل من هذه البطاريات مزاياها وعيوبها، كما هو موضح في الجدول أدناه:

يلعب الابتكار في مجال تخزين الكهرباء دورًا حاسمًا في التحول الطاقي:

وفقًا لدراسة مشتركة نشرها مؤخرًا مكتب براءات الاختراع الأوروبي (EPO) والوكالة الدولية للطاقة (IEA)، نمت طلبات براءات الاختراع المتعلقة بالبطاريات وتقنيات تخزين الكهرباء الأخرى بمعدل سنوي متوسط ​​قدره 14٪ بين عامي 2005 و2018. وهذا يعادل أربعة أضعاف المتوسط ​​لجميع المجالات التكنولوجية الأخرى مجتمعة.

تُقدّم الدراسة أهم اتجاهات الابتكار في مجال تخزين الطاقة الكهربائية، وتُشير إلى أن ما لا يقل عن 90% من براءات الاختراع المُسجّلة في هذا المجال تتعلق بتطوير تقنيات البطاريات.

من المطمئن أن نأخذ في الاعتبار أنه، وفقًا لوكالة الطاقة الدولية، ستكون هناك حاجة إلى ما يقرب من 10000 جيجاواط من البطاريات أو غيرها من أشكال تخزين الطاقة بحلول عام 2040 لتحقيق الأهداف العالمية في مكافحة تغير المناخ وتطوير الطاقات المتجددة. وهذا يعادل 50 ضعف حجم السوق الحالي.

تشير التوقعات إلى أن بطاريات الليثيوم أيون ستحل تدريجياً محل بطاريات الرصاص الحمضية في قطاعي النقل والمعدات الثقيلة. ويُستخدم الليثيوم بالفعل على نطاق واسع في مجالات البناء والطاقة والجيش وغيرها من المجالات كناقل طاقة جديد.