بطاريات الليثيوم- هواء تقنية جديدة لتخزين الطاقة، واستخدامها في المنازل، السّيارات، والصّناعة

إنّ زيادة الطلب لتوفير مصادر طاقةٍ جديدةٍ، سيدفعنا للبحث، وإيجاد الأجهزة الأمثل لتخزين الطاقة، تشير الدراسات إلى أنّه وبحلول عام 2050 ستشكّل الطّاقة الكهربائية حوالي الـ 50% من إجمالي الطّاقات ككل، حيث يبلغ المعدّل في أيامنا هذه نحو الـ 18%، ومن المتوقعِ أنّ الطلبَ للحصول على الطّاقة المتجدّدة سيزيد حتى أربعة أضعاف؛ وبالتّالي فإنّنا سنكون بحاجة للحصول على بطارياتٍ أكثرَ كفاءةً، ذاتُ تكلفةٍ رخيصةٍ، وصديقةٍ للبيئة. بناءً على ذلك فإنّ بطاريات الليثيوم – أيون (Lithium-Ion) المستخدمة حالياً قد لا تتمكن من تلبية الطّلب الكبير على الطّاقة خلال العقود القادمة!

بطاريات الليثيوم- هواء تقنية جديدة  في تخزين الطّاقة

إحدى البدائل المقترحة، والتي تتم دراستها حالياً في عدّة مناطق من العالم هي تقنية بطاريات (الليثيوم – هواء / Lithium-Air).

حيث تمّ عرض بعض الجهود البرازيلية في عملية البحث والدراسة حول هذه التقنية خلال فعاليات مؤتمر “FAPESP  = Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo” لدعم الأبحاث، والذي عُقد في لندن خلال الفترة الواقعة بين 11 – 12 شباط / فبراير 2019.

يمكنك أيضًا الأطلاع على: التأثير العالمي لطاقة الوقود الأحفوري

يقول (روبنز ماسيل فيلهو – Rubens Maciel Filho) الأستاذ في كلية الهندسة الكيميائية في جامعة كامبيناس – Campinas: “اليوم هناك الكثير من الأحاديث التي تدور حول السّيارات الكهربائية، وبعض الدول الأوربية تفكّر في حظر محركات الاحتراق، إضافةً إلى ذلك فإنّ معظم مصادر الطّاقة المتجدّدة كالطّاقة الشمسية مثلاً تحتاج إلى بطارياتٍ لتخزين ما يتمُّ توليده من طاقة خلال الإشعاع الشمسي للاستفادة منها فيما بعد.”

يتمّ استخدام بطاريات (الليثيوم-هواء) حالياً في المختبرات بالاستعانة بأكسجين الهواء المحيط ككاشف كيميائي، وتبيّن أنّ البطارية تستطيع تخزين طاقة إضافية من خلال تفاعلات كهروكيميائية ينتج عنها أكسيد الليثيوم (Li2O2).

الجدير بالذكر، أنّ بطاريات الليثيوم-هواء (Li-Air) هي: عبارةٌ عن خلية فلز-هواء كهروكيميائية تعتمد على أكسدة الليثيوم (Li) عند المصعد وإرجاع الأكسجين (O₂) على المهبط، مما يؤدي إلى نشوء التيار الكهربائي؛ وتتميز بأنّ لها طاقةٌ نوعيةٌ عاليةٌ جداً، وتستخدم الأكسجين من الهواء دون الحاجة إلى تخزين مؤكسد داخلها.

إنّها حقّاً إحدى الطرق المستدامة لتخزين الطّاقة الكهربائية، واستخدامها في:

• وسائل النقل بمختلف أنواعها.
• شبكات توزيع الكهرباء.
• كما تدّعم تقنية الشحن/التفريغ لعددٍ كبيرٍ من المرات.

ولكن حتى الآن مازلنا بحاجةٍ إلى فهم آلية التفاعلات الكهروكيميائية بشكلٍ أفضل لأجل تحويل هذه التجارب إلى منتجات تجارية متوافرة في الأسواق.

رأي ماسيل في هذه الدراسات

وبحسب (ماسيل) الذي يشغل أيضاً مدير مركز ابتكار الطاقات الجديدة (The New Energy Innovation Center = CINE):

• مازلنا بحاجةٍ لإيجاد موادٍ جديدةٍ تعمل على زيادة التفاعلات المرغوبة، وتقليص السلبية منها.
• مع مراقبة بعض ردود الفعل لبعض الحالات التي تحدث أثناء التجارب الكيميائية، والديناميكية.

وتتبعها حتى ولو كانت بشكلٍ مؤقت، فأحياناً يحدث خللٌ في بعض مراحل العملية وتصبح البطارية غير فعّالة، وذلك من حيث وقت ومدّة الشحن.

هذه القياسات بمجملها تتم في “المختبر الوطني لمسرع الجسيمات الدوراني التزامني” – (The National Synchrotron Light Laboratory  = LNLS) في كامبيناس/البرازيل.

من المشاريع التي تمّ الحديث عنها أيضا:

• بطاريات (الكبريت-هواء/ Sulfur-Air).

فبالرغم من عدم كفاءتها إلّا أنّها غير مكلفة، ويمكن أنْ تخزّن الطّاقة لعدّة ساعات قد تصل لـ 24 ساعة.

وهي مكوّنةٌ بشكلٍ رئيسي من الكبريت، والصودا الكاوية (NaOH) ورخيصةٌ جداً؛ لذلك فمن الشائع استثمارها، واستخدامها في المنازل، والأعمال التجارية.

يعتقد (نايجل براندون – Nigel Brandon) الأستاذ في جامعة أمبريال (Imperial College)/لندن أنّ:

• الأولوية الرئيسية الأن تكمن في محطات شحن السيارات الكهربائية.

والتي ستصبح أكثر شيوعاً في المستقبل بسبب الهدف الأوربي المتمثلِ في خفض انبعاثات الكربون بنسبة 80% بحلول عام 2050.

الشمس، الهيدروجين، والوقود الحيوي ودورهم في تخزين الطاقة

تعدّ البطاريات الأكثرُ كفاءةً مهمةٌ جداً، ولاسيّما عند زيادة استخدام الطاقة الشّمسية، وبالتالي:

• فإنّنا بحاجة لتخزينٍ فعّالٍ للطّاقة خلال ذروة النّشاط الشّمسي كي نتمكن من الاستفادة منها ليلاً.

تحدّث (ماسيل) أيضاً عن مشروع في (CINE) يهدف إلى تطوير خلايا كهروضوئية أكثر فعالية، وجودة يمكن استخدامها في المستقبل:

• لتحويل الطاقة الشّمسية إلى كهربائية.
• والحصول على المنتجات الكيميائية، أو حتى الهيدروجين.

من خلال عملية التحليل الكهربائي للماء؛ فالهيدروجين السّائل هو وقودٌ فعال جداً لكن إنتاجه مكلفٌ، ويحتاج كمياتٍ كبيرةٍ من الطّاقة، لكنّه بالمقابل هو أحد الخيارات التي يتم النظر فيها ودراستها في المملكة المتحدة.

ختاماً، يقول (تيموثي بوج – Timothy Bugg) من جامعة (واريك – University of Warwick):

“إنّنا نبحث عن أنزيمات بكتيرية تعمل على أكسدة (الليغنين – lignin) وهو عبارةٌ عن بوليمر عطري يُكّون أكثر من 25% من جدران الخلايا والأنسجة الداعمة في النبات الوعائية وبعض الطحالب، ويشكّل جزءاً من إنتاج الوقود الحيوي؛ والهدف من ذلك هو العمل على تطوير منتجات كيميائية جديدة تستخدم في مجالات الصناعة.”

المصدر:

Lithium-air batteries can store energy for cars, houses and industry. FAPESP. Retrieved December 4, 2019, from http://fapesp.br/week2019/london/news/lithium-air-batteries-can-store-energy-for-cars-houses-and-industry