أخبار EVsالبطاريات

بطاريات الصوديوم سوف تقوم  بتشغيل سيارتك الكهربائية الجديدة

بعض الشركات بدمج الخلايا بالصوديوم ، والذي يوفر شحنة كبيرة تقريبًا.

منذ نصف قرن من الزمان ، كانت بطارية المستقبل تُصنع من الصوديوم. والسبب له علاقة بملوحة البحار. الصوديوم عنصر خفيف يتأين بسهولة ويتخلى عن أحد إلكتروناته. في البطارية ، تنتقل هذه الأيونات ذهابًا وإيابًا بين لوحين مشحونين بشكل معاكس ، مما يؤدي إلى توليد تيار. بدا هذا وكأنه وسيلة واعدة لتشغيل منزل أو سيارة. ولكن بعد ذلك جاء عنصر آخر حطم الحفلة: الليثيوم ، جار الصوديوم في الطابق العلوي على الجدول الدوري. في عام 1991 ، قامت شركة Sony بتسويق أول بطارية ليثيوم أيون قابلة لإعادة الشحن ، والتي كانت صغيرة ومحمولة بما يكفي لتشغيل كاميرات الفيديو المحمولة. كان الليثيوم أخف وزنًا وأسهل في العمل به من الصوديوم ، لذلك نشأت صناعة البطاريات حوله. تسابقت الشركات والمختبرات البحثية لتعبئة المزيد من الطاقة في مساحة أقل. تلاشى الصوديوم في الخلفية.

تطور مفاجأ من شركة CATL الصينية

لذلك كان مفاجئًا هذا الصيف عندما أعلنت شركة CATL الصينية ، إحدى أكبر شركات تصنيع البطاريات في العالم ، أن بطاريات الصوديوم سيلعب دورًا في المستقبل الكهربائي. CATL ، مثل منافسيها ، . ولكن ابتداءً من عام 2023 ، ستبدأ في وضع خلايا الصوديوم جنبًا إلى جنب مع خلايا الليثيوم داخل حزم البطاريات التي تشغل السيارات الكهربائية. لماذا ا؟ حسنًا ، لسبب واحد ، أشار أحد المديرين التنفيذيين في CATL إلى أن الصوديوم أرخص من الليثيوم ، ويعمل بشكل أفضل في الطقس البارد. لكنها كانت أيضًا تحوطًا ضد مشكلة كان من الصعب تخيلها في عام 1991. وبحلول نهاية هذا العقد ، سينفد العالم من المواد الخام للبطاريات – ليس فقط الليثيوم ، ولكن أيضًا معادن مثل النيكل والكوبالت. الآن وبعد أن أصبحت الكهرباء تحدث فعليًا على نطاق واسع ، فقد حان الوقت للتفكير في التنويع. أخبر متحدث باسم CATL WIRED أنها بدأت في التفكير في الصوديوم منذ 10 سنوات.

تقول شيرلي مينج ، عالمة البطاريات في جامعة كاليفورنيا ، سان دييغو ، والتي تعمل بشكل مكثف مع كلا العنصرين ، إن إعلان CATL “ضخ طاقة جديدة حقًا في الأشخاص الذين يعملون على بطاريات الصوديوم “. بصفتها أستاذة شابة ، بدأت منغ العمل مع الصوديوم جزئيًا لأنها كانت تبحث عن مكانة غريبة بشكل مناسب لتبرز فيها — ولكن أيضًا لأنها كانت تعتقد أنه يحتوي على إمكانات. تقول: “كان أكبر عائق أمام نجاح الصوديوم هو أن الليثيوم كان ناجحًا للغاية”.

قلق من بطاريات الليثيوم

الليثيوم ليس نادرًا بشكل استثنائي. لكن الرواسب تتركز في الأماكن التي يصعب التنقيب فيها. لذلك تتنافس شركات مثل CATL لتأمين شريحة من الإمداد من عدد محدود من المناجم ، معظمها يقع في أستراليا وجبال الأنديز. وفي الوقت نفسه ، يتم تقييد الاحتياطيات في أمريكا الشمالية في النزاعات البيئية ، مما يثير مخاوف في الولايات المتحدة بشأن أمن سلاسل التوريد. المنافسة أكثر شراسة على النيكل – الذي وصفه إيلون ماسك بأنه “أكبر مصدر قلق” لمستقبل بطاريات السيارات الكهربائية ، بسبب قيود السعر والعرض – وبالنسبة للكوبالت ، الذي تم حفر 70 بالمائة منه في جمهورية الكونغو الديمقراطية.

 

مع فتح المزيد من المناجم ، من المحتمل أن يكون هناك ما يكفي من الليثيوم لتشغيل جميع المركبات في العالم ، كما تقول منغ. لكن هذا لا يأخذ في الحسبان كل الأشياء المهيأة للكهرباء التي ليست سيارات: بشكل أساسي ، البطاريات التي ستدير الحمل داخل شبكات صغيرة وتحافظ على أضواءنا في الليل عندما تكون الألواح الشمسية الموجودة على السطح في الظلام. هذه هي أنواع التطبيقات التي كانت منغ تفكر فيها عندما دخلت في أبحاث بطاريات الصوديوم . تقول: “كنت أفكر في أن يكون لدى الجميع ثلاجة للإلكترونات في منزلك بنفس الطريقة التي تمتلك بها ثلاجة للطعام”. “أعتقد أن هذه هي حقًا رؤية للتخزين الشبكي.”

الصوديوم منتشر أكثر من الليثيوم

الصوديوم عنصر شائع يُستخرج عادةً من رماد الصودا ، ولكن يمكن العثور عليه أساسًا في أي مكان ، بما في ذلك في مياه البحر وفي الخث من المستنقعات. كما أنه يتناسب تمامًا مع أنواع التطبيقات التي يصفها Meng. الأيونات أثقل قليلاً وأكبر من تلك الموجودة في الليثيوم ، مما يعني أنه لا يمكنك تعبئة نفس القدر من الطاقة في مساحة صغيرة ، مثل بطن السيارة. توضح نوريا تابيا رويز ، الأستاذة في جامعة لانكستر ومديرة مبادرة بطاريات الصوديوم في مؤسسة فاراداي: “حيث يمكن لبطاريات الصوديوم أن تحدث تأثيرًا كبيرًا على الشبكة”. يمكن أن تكون هذه البطاريات أكبر قليلاً ، وأثقل قليلاً ، لكن لا يهم لأنها تحتاج فقط إلى الجلوس بإحكام.

بطاريات تعمل بالصوديوم والليثيوم معا

تاريخيًا ، كما تقول تابيا رويز ، تم تأجيل بطاريات الصوديوم جزئيًا بسبب الاستقرار الكيميائي. في حين أن الصوديوم والليثيوم متجاوران دوريًا ، إلا أنهما موجودان في أكوان متوازية من الكيمياء ، ويتفاعلان بشكل مختلف مع العناصر والمركبات المختلفة. وهذا يعني أن التحول إلى الصوديوم يتطلب تطوير مواد جديدة لكاثود البطارية والأنود ، وهما الأقطاب الموجبة والسالبة التي تلتقط وتحرر الأيونات أثناء شحن البطارية ثم استنفادها. تتمثل إحدى المشكلات الخاصة في أن التفاعلات الكيميائية داخل البطارية يمكن أن تتآكل في المنحل بالكهرباء الموجود بين الأقطاب الكهربائية ، مما يقلل من عمر البطارية أو يخاطر بتكوين معدن الصوديوم ، والذي يمكن أن يكون متفجرًا. التحدي الآخر هو أن بطاريات الصوديوم كثيفة الطاقة تحتوي عادةً على النيكل ، كما هو الحال مع العديد من بطاريات الليثيوم. القضاء على هذا المعدن هو مصدر قلق رئيسي للباحثين ، على الرغم من صعوبة ذلك. “ولكن هذا هو الشيء الصحيح الذي يجب فعله لأنك تريد إنشاء تقنية مستدامة وخضراء للغاية” ، كما تقول تابيا رويز.

 

لكن مجموعة المختبرات والشركات الناشئة التي لا تزال تعمل في مجال بطاريات الصوديوم حققت تقدمًا هادئًا في العقود الأخيرة. Natron ، شركة ناشئة مقرها كاليفورنيا ، تصنع بطاريات الصوديوم بشكل أساسي للطاقة الاحتياطية في المنشآت الصناعية ومراكز البيانات. تستخدم الشركة مادة تسمى الأزرق البروسي كأساس لأقطابها الكهربائية ، وهو نوع من الصبغة الاصطناعية المبكرة المستخدمة في اللوحات الشهيرة ، بما في ذلك Under the Great Wave Off Kanagawa. داخل البطارية ، التصميم ليس كثيف الطاقة بشكل خاص ، حتى بمعايير الصوديوم. لكن إحدى الميزات ، وفقًا لجاك بوتشيت ، نائب رئيس المبيعات في الشركة ، هي أن “سلسلة التوريد الخاصة بنا يمكن أن تكون محلية”. يحتوي على عناصر مشتركة مثل الصوديوم والمنغنيز والحديد ، ويقع المصنع في سانتا كلارا ، كاليفورنيا. لما تفتقر إليه في تخزين الطاقة ، يمكن للبطارية شحن هذه الطاقة والاستغناء عنها بسرعة. الجاذبية على المدى. تأمل الشركة في إمكانية استخدام بطارياتها لشحن السيارات الكهربائية بسرعة عندما تكون شبكة الطاقة ضعيفة. يقول Pouchet إن Natron تمضي قدمًا في خطط تركيب مثل هذه الأجهزة في سان دييغو.

بطاريات الصوديوم آمنة

الهدف الآخر للشركة هو السلامة. يشير Pouchet إلى الحوادث في عمليات تخزين بطاريات الشبكة ، بما في ذلك حريق كبير في منشأة للبطاريات في أستراليا وارتفاع درجة الحرارة في منشأة أخرى في كاليفورنيا ، حيث تثير مخاوف بشأن استصواب وضع البطاريات في منزل الجميع ، مهما كانت هذه الحرائق نادرة. يقول: “لا أريد أن يحدث ذلك في مرآبي”. يعرض موقع الشركة على الويب مقاطع فيديو توضيحية لسحق حزم البطاريات وتسخينها وإطلاق النار عليها بمسدس ، وكل ذلك بدون مشاكل واضحة.

ولكن ، بشكل عام ، فإن سلامة بطاريات الصوديوم “ليست مثالية” ، كما يقول منغ ، وتعتمد على تصميم البطارية المحدد. يعود الأمر كله إلى إقران الكاثود الصحيح والإلكتروليت – والقضاء على مخاطر الحريق أكثر صعوبة بالنسبة للبطاريات كثيفة الطاقة ، مثل تلك الموجودة في السيارات ، أو تلك المصممة لتوزيع الطاقة على مدى فترة زمنية أطول ، مثل بطاريات تخزين الشبكة.

 

تقول CATL أيضًا إن تصاميمها من بطاريات الصوديوم آمنة خلاف بطاريات الليثيوم ، بالإضافة إلى أنها توفر كثافة طاقة أعلى باستخدام كاثود خالٍ من النيكل. تدعي الشركة أن البطارية قابلة للمقارنة مع بطاريات الليثيوم والحديد والفوسفات ، أو بطاريات LFP ، التي تزداد شعبية في السيارات متوسطة المدى. تعوض CATL أيضًا عن كثافة الطاقة المنخفضة عن طريق إقران بطاريات الصوديوم بالخلايا القائمة على الليثيوم. قالت الشركة إن هدفها هو جعل العنصرين قابلين للتبادل إلى حد كبير في عملية التصنيع أيضًا ، مع شق الصوديوم إلى جانب الليثيوم في سلسلة التوريد الكبيرة والمعقدة.

بطاريات الصوديوم تأخذ مساحة أقل

هذا أمر مهم ، كما يوضح منغ ، لأن أي مقارنات للتكلفة بين تصميمات بطاريات الصوديوم والليثيوم ستعتمد على زيادة إنتاج بطاريات الصوديوم. هذا يعتمد على الشركات المصنعة الكبرى مثل CATL. تقدر Wood Mackenzie ، وهي شركة استشارية تركز على الموارد الطبيعية ، أن تكلفة تصنيع بطاريات الصوديوم أقل بنسبة 40 في المائة من بطاريات LFP ، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى المواد الرخيصة – ولكن بمجرد زيادة إنتاج الصوديوم. وتقول الشركة إنه من المتوقع أن يظل الليثيوم مهيمنًا لسنوات قادمة.

مبادرة لإنشاء تقنيات تصنيع بطاريات الصوديوم

يشير Meng إلى أن التقنيات مثل الصوديوم – وبدائل الليثيوم الأخرى ، والتي تشمل الزنك والفاناديوم – هي أيضًا فرصة لأماكن مثل الولايات المتحدة ، التي تفتقر إلى صناعة بطاريات واسعة النطاق ، لبناء واحدة. أطلق Meng وغيره من الباحثين في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو مؤخرًا مبادرة لإنشاء تقنيات تصنيع بطاريات الصوديوم  ذات الحالة الصلبة ، وهي جيل جديد من التكنولوجيا التي ستكون أكثر أمانًا وأكثر كثافة للطاقة من البطاريات التي لدينا الآن. لا يزال الطريق بعيدًا – يكافح الباحثون والشركات الناشئة لتسويق بطاريات الليثيوم الصلبة ، وقد تلقت إصدارات الصوديوم تمويلًا واهتمامًا أقل بكثير. لكنها تضيف أن الأمر يستحق التخطيط للمستقبل – ومواصلة العمل مع المستضعف. تقول: “لا يزال هناك الكثير من الاكتشافات المثيرة التي يمكن تحقيقها”.

المصدر :

https://www.wired.com/story/sodium-batteries-power-new-electric-car/

لماذا تمثل الأقطاب الكهربائية للطلاء الجاف مستقبل صناعة بطاريات السيارات الكهربائية

3 أسباب تجعل بطاريات أيونات الصوديوم تخلع الليثيوم

اظهر المزيد

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى