بطاريات الملح على وشك إحداث تغيير جذري في المركبات الكهربائية وتخزينها على الشبكة

في الخامس من فبراير، كانت سيارة سيدان سوداء تسير بسرعة 95 كيلومترًا في الساعة على طريق جليدي في شمال الصين عندما انفجر إطارها، مما أدى إلى إطلاق نفحة من اللون الأبيض في الهواء الذي بلغت درجة حرارته 32 درجة مئوية تحت الصفر. توقفت السيارة دون أن تدور في الثلج. وكان الهدف من ذلك إثبات أنه حتى أقسى الظروف لم تكن عائقًا أمام الخط الجديد من السيارات الكهربائية لشركة صناعة السيارات شانجان، والذي يتضمن أول سيارة كهربائية يتم إنتاجها بكميات كبيرة مزودة ببطارية أيون الصوديوم.

ومن المتوقع أن يصل طراز Nevo AO6 من شانجان إلى السوق في وقت لاحق من هذا العام بجيل جديد أكثر قوة من بطاريات أيونات الصوديوم التي تصنعها شركة تخزين الطاقة العملاقة CATL.

في حين أن معظم البطاريات القابلة لإعادة الشحن مصنوعة من الليثيوم، وهو معدن مهم، فإن هذا النوع من البطاريات مصنوع من الملح، وهي مادة أكثر وفرة – وبالتالي أرخص. إذا تمكنت بطاريات أيونات الصوديوم من الأداء بشكل جيد تقريبًا بسعر أقل، فقد تتحدى هيمنة الليثيوم. وهذا يمكن أن يمهد الطريق لأنواع أخرى من البطاريات، بحيث قد يكون لكل نوع من الأجهزة يومًا ما كيمياء البطارية المفضلة الخاصة به.

تقول ماريا كريسبو ريبادينيرا من جامعة كوين ماري في لندن: “هذه مجرد بداية لثورة البطاريات، حيث سنرى عددًا كبيرًا من البطاريات الجديدة تأتي إلى السوق وتستهدف شرائح خاصة”. “الصوديوم هو الرائد الذي يمكن أن يثبت أن عالم ما بعد الليثيوم ممكن.”

في حين تم إنشاء سلف لبطارية أيون الصوديوم من قبل شركة فورد في عام 1966، فإن الشركات بدأت في تطوير هذه التكنولوجيا بجدية فقط في السنوات الخمس عشرة الماضية، حيث أدى كهربة شبكة الطاقة والسيارات إلى زيادة الطلب على بطاريات أيون الليثيوم. وهو يعمل بنفس الطريقة، ولكن الصوديوم، وليس الليثيوم، يذوب في المنحل بالكهرباء، والأقطاب الكهربائية هي مركبات مختلفة.

ولكن نظرًا لأن الصوديوم أثقل بثلاث مرات من الليثيوم، فإن بطاريات أيونات الصوديوم التي لها نفس سعة التخزين تزن أكثر. وكان يُنظر إلى إمكاناتها منذ فترة طويلة على أنها تقتصر على تخزين شبكة الكهرباء، نظرًا لأن الحجم الزائد لا يهم في منشأة كبيرة، أو في المركبات الكهربائية الصغيرة ذات نطاق بطارية صغير.

وقد تم بناء عدد قليل من محطات تخزين شبكة أيونات الصوديوم في الصين وألمانيا والولايات المتحدة. وقد عقدت شركة جنرال موتورز، أكبر شركة لصناعة السيارات في الولايات المتحدة، شراكة مع شركة Peak Energy الناشئة لبناء المزيد. تبيع شركة Peak Energy أيضًا بطاريات أيونات الصوديوم لمراكز البيانات، والتي يمكنها استخدامها لتخزين الكهرباء في أوقات اليوم عندما تكون رخيصة. بدأت شركة Eleven Energy أيضًا في تركيب بطاريات أيونات الصوديوم المنزلية في المملكة المتحدة.

الآن، تحسنت مواصفات أيونات الصوديوم إلى درجة أن التكنولوجيا يمكن أن تقتحم سوق السيارات الكهربائية العامة. وجدت دراسة حديثة أجراها موريتز شوتيه في جامعة آخن في ألمانيا وزملاؤه أن بطارية أيون الصوديوم التي تنتجها الشركة المصنعة هينا تنافس بطاريات الليثيوم أيون التي تنتجها تسلا في معظم المعايير، على الرغم من أنها ستظل أثقل بمقدار الثلث.

لكن شركة CATL تدعي أن بطاريتها أيون الصوديوم لديها كثافة طاقة تبلغ 175 واط/ساعة لكل كيلوغرام، والتي يمكنها التنافس مع بطاريات الليثيوم والحديد والفوسفات في النماذج منخفضة التكلفة من شركة تسلا وغيرها. وعلى الرغم من أن بطاريات أيونات الصوديوم لم تتفوق بعد على بطاريات الليثيوم من حيث السعر، إلا أن ذلك قد يتغير مع توسعها، وفقًا لشوته.

ويقول: “إن تكثيف بطاريات أيونات الصوديوم سريع”. “وهذا يعني أن تكلفة الإنتاج تتناقص أكثر فأكثر. والمواد تتقدم أكثر مع كل جيل. ولا نعرف أين تنتهي، ولا عند أي كثافة للطاقة.”

للصوديوم مزايا أخرى أيضًا. معالجة الليثيوم تستهلك الكثير من الطاقة وغالباً ما يكون لها بصمة كربونية كبيرة. وتسيطر الصين على معظم هذه الصناعة، وقد تتعطل الإمدادات في حالة الصراع الجيوسياسي، كما هو الحال بشأن تايوان. علاوة على ذلك، عند درجات حرارة أقل من الصفر، تتحرك أيونات الليثيوم عبر المنحل بالكهرباء بشكل أبطأ، وهذا هو سبب فقدان الهواتف للشحن في البرد. في الحرارة، يمكن أن يشتعل إلكتروليت الليثيوم أو ينفجر.

لكن أيونات الصوديوم تولد حرارة أقل في التفاعلات الكهروكيميائية، مما يقلل من خطر الحريق، وبالتالي يمكن إنفاق أموال أقل على التبريد. كما أنها تشكل روابط أضعف مع المنحل بالكهرباء، لذلك لا تتباطأ كثيرًا في البرد.

عند الإطلاق في شمال الصين المتجمد، قالت CATL إن بطارية أيون الصوديوم الخاصة بها تحتفظ بقدرة 90 في المائة عند -40 درجة مئوية (-40 درجة فهرنهايت). عندما تم نشر البطارية إلى نصفين، لم تشتعل فيها النيران بل استمرت في تشغيل المصباح الكهربائي.

إليوت ريتشاردز، مدون فيديو للسيارات الكهربائية في شنغهاي، والذي حضر حفل الإطلاق، يطلق على بطارية أيون الصوديوم اسم “قاتل الليثيوم”. في حين أنه من المرجح أن تستمر السيارات الفاخرة في استخدام الليثيوم، فإن الصوديوم يمكن أن يهيمن على السيارات الكهربائية ذات الميزانية المحدودة، ونماذج المناخ الحار والبارد، وشاحنات البضائع، وتخزين الطاقة الكهربائية والمنزلية، كما يقول.

ويقول: “ربما نقلل جميعًا من مدى تأثير ذلك على حياة الجميع اليومية”. “سيكون امتلاكها أرخص بكثير [an EV] من سيارة الاحتراق. سيكون إدخال البطاريات إلى منزلك أرخص بكثير؛ سيكون الأمر أرخص بكثير بالنسبة لمزود الطاقة لتوصيل الطاقة إلى منزلك.