الفهرس
مقدمة
يزداد ارتباط أنظمة الطاقة يوماً بعد يوم بأنظمة تخزين الطاقة بكل أنواعها، وتحديد أنظمة تخزين الطاقة الكهروكيميائية أو البطاريات، فقد بلغ حجم سوق أنظمة تخزين الطاقة 256 مليار دولار في 2023 ومن المتوقع أن يزداد حجم السوق أكثر فأكثر خلال السنوات القادمة فمثلاً يتوقع أن تصل قيمة السوق 506.5 مليار دولار في 2031.
يؤدي هذا التوجه في سوق الطاقة إلى بحث الشركات عن أنظمة بمزايا تتفوق على الأنظمة الشائعة حالياً كأن تكون بسعات تخزين أكبر وأسعار أقل وسرعات شحن وتخزين أكبر.
نتعرف في هذا المقال على بطاريات أيونات الألومنيوم (Aluminium-ion battery)، تعريفها والتحديات التي تواجهها والفرق بينها وبين بطاريات الليثيوم أيون.
ما هي بطاريات أيونات الألومنيوم؟
يعتمد مبدأ عمل البطاريات بشكل أساسي على عملية الأكسدة والإرجاع (الاختزال) بين الأقطاب السالبة والموجبة في البطارية، وتلعب طبيعة مادة الأقطاب دوراً هاماً في هذه العملية والتي تؤثر على عملية الشحن والتفريغ للبطارية.
فقد طور باحثون في معهد الهندسة الحيوية وتكنولوجيا النانو بجامعة كوينزلاند خلايا بطارية تتكون من الجرافين والألمنيوم باستخدام تقنية النانو المتقدمة، تعتمد هذه الخلايا على فتحات نانوية في طبقات الجرافين لدمج ذرات الألمنيوم. تتألف هذه البطاريات من مهبط من الجرافين، ومصعد من رقائق الألمنيوم، وإلكتروليت من كلوريد الألمنيوم، ومن الجدير بالذكر أن هذا التصميم يستبعد استخدام الليثيوم أو النحاس أو المنغنيز أو الكوبالت.
وتعد هذه البطاريات خياراً واعداً لكل التطبيقات التي تتطلب تخزينناً للطاقة وتحديداً المركبات الكهربائية التي يمكن أن يتضاعف مداها بفضل هذه البطاريات.
ما الفرق بين بطاريات الليثيوم أيون وبطاريات أيونات الألومنيوم؟
تتميز بطاريات أيونات الألومنيوم على بطاريات الليثيوم أيون بعدة مزايا مما يرفع المنافسة بين هذين النوعين من البطاريات ويفتح آفاقاً جديدة لبطاريات الألومنيوم.
أولاً ومن أهم الفروقات بين النوعين هو أن الألومنيوم مادة آمنة جداً وغير قابلة للانفجار وهذا بدوره يزيد من سرعة الشحن والتفريغ دون وجود خطر مقارنة بالليثيوم، كما أن الألومنيوم تتوفر بالطبيعة بكميات أكبر من الليثيوم وبتكلفة أقل وكلاهما يمكن إعادة تدويره.
تبريد أنظمة تخزين الطاقة والبطاريات من أهم العوامل التي تحافظ على عمر البطارية وتزيد من كفاءة الشحن والتفريغ لكنها تزيد من تكلفة النظام، وهذه ميزة إضافية لبطاريات الألومنيوم فهي لا تحتاج إلى وسائل تبريد إضافية والتي بالعادة تشكل 20% من حجم البطارية.
ونتيجة لهذا استطاعت الشركات تطوير بطاريات تصل سرعة شحنها إلى 60 ضعف من سرعة الشحن لبطاريات الليثيوم كما أن كثافتها للطاقة أعلى من بطاريات الليثيوم وعمرها الافتراضي أطول وعدد دورات الشحن والتفريغ أكبر.
ما هي التحديات التي تواجه بطاريات أيونات الألومنيوم؟
يكمن التحدي الأكبر الذي يواجه البطاريات التي تتضمن الألومنيوم في تآكل الألومنيوم خلال عملية التفاعل وعمليات الشحن والتفريغ.
يمكن القول أن هذا النوع من البطاريات لم يخضع للتجربة الحقيقية والاستخدام في التطبيقات العملية أو على أرض الواقع بالتالي فهي بحاجة إلى إثبات قدرتها وإمكانياتها بعد التجربة.
كما أن سعرها قد يكون مرتفعاً قليلاً في البداية نظراً لكونها تقنية حديثة مما قد يؤخر من عملية تبنيها.
خلاصة
تمثل بطاريات أيونات الألومنيوم مستقبلاً واعداً لحلول تخزين الطاقة بسبب المزايا التي تتفوق بها على غيرها من البطاريات، إلا أنها قد تواجه بعضاً من التحديات التي تواجهها جميع التقنيات الحديثة.
بمزيد من البحث والتطوير والتجربة يمكن لهذه البطاريات أن تثبت قدراتها ومميزاتها وتتفوق على مثيلاتها، وبهذا يمكن تحل عدداً كبيراً من التحديات التي تواجه أسواق الطاقة التي تعتمد على تخزين الطاقة مثل الشبكات الكهربائية وتخزين أنظمة الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية.
المصادر: Statista, Azo Nano, Light Metal AGE
