البطاريات المائية تبشر بمستقبل تخزين الطاقة المستدامة

متابعة ـ التآخي

فيما يتصارع العالم مع الحاجة الملحة للانتقال بعيدًا عن الوقود الأحفوري، يسعى الباحثون بلا كلل إلى إيجاد حلول فعالة وصديقة للبيئة.

هل يمكن للبطاريات المعتمدة على الماء أن تحمل المفتاح لفتح مستقبلي، اذ يجري تسخير الطاقة المتجددة وتخزينها وتوزيعها بطرق غير مسبوقة؟

ومع تزايد انتشار مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، فإن الطبيعة المتقطعة لهذه المصادر تشكل تحديا، قد لا يتماشى توليد الطاقة مع استهلاك الطاقة، مما يؤدي إلى نقص الطاقة أثناء ذروة الطلب.

ويعد تخزين الطاقة بكفاءة أمرا بالغ الأهمية لمعالجة هذه المشكلة، مما يتيح إمدادات ثابتة من الكهرباء ويقلل الاعتماد على الوقود الأحفوري.

لذلك، نتيجة لهذه المشكلة، ظهر حل ناشئ للبطاريات المائية الذي نأمل أن يحل الحاجة إلى تخزين الطاقة المستدامة.

عام 2023، وصلت القدرة العالمية للطاقة المتجددة إلى أكثر من 2600 جيجاوات، أي ما يقرب من 30٪ من إجمالي قدرة توليد الكهرباء في العالم.

تؤدي أنظمة تخزين البطاريات، مثل بطاريات الليثيوم أيون، دورًا أساسيًا في تخفيف انقطاع مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، حيث يتم تخزين الطاقة الزائدة عندما يكون التوليد مرتفعًا ويطلقونها عندما يكون الطلب مرتفعًا أو يكون التوليد منخفضًا، وهذا يضمن إمدادًا مستقرًا وموثوقًا بالكهرباء.

تتمتع البطاريات المائية، والمعروفة أيضًا باسم البطاريات المائية، بالقدرة على حل مشكلة تخزين الطاقة، فهي مستدامة وآمنة وقابلة للتطوير، تستعمل هذه البطاريات الماء كمكون أساسي في إلكتروليتاتها، لتحل محل المواد الخطرة والمكلفة الموجودة في بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، وهذا لا يعزز السلامة فحسب، بل يقلل أيضًا من التأثير البيئي لإنتاج البطاريات واستخدامها والتخلص منها.

وعلى عكس بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، التي تعتمد على حركة أيون الليثيوم من خلال المنحل بالكهرباء، تستخدم هذه البطاريات حركة الأيونات داخل وخارج المحاليل المائية.

لقد حظي نوعان أساسيان من البطاريات المائية بالاهتمام: بطارية الأيونات الهجينة المائية (AHI) وبطارية الليثيوم أيون المائية.

يمكن للبطاريات المائية تخزين الطاقة المتجددة الزائدة المتولدة خلال فترات الإنتاج العالي (على سبيل المثال، الأيام المشمسة أو العاصفة) وإطلاقها خلال أوقات ارتفاع الطلب أو انخفاض توافر الطاقة المتجددة.

يمكن لبطاريات الليثيوم أيون المائية أن تعزز سلامة المركبات الكهربائية مع توفير كثافة طاقة كافية لنطاقات القيادة الممتدة. ويمكن للبطاريات المائية الأصغر حجمًا تشغيل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية والأجهزة المحمولة الأخرى، مما يقلل من مخاطر الحوادث الحرارية في الأدوات اليومية.

في صناعات مثل تخزين الطاقة المتجددة، وتثبيت الشبكة، وأنظمة الطاقة الاحتياطية، توفر البطاريات المائية وسيلة موثوقة لتخزين الطاقة وإطلاقها.

تظهر التوقعات المستقبلية للبطاريات المعتمدة على الماء واعدة، نظرا لقدرتها على مواجهة التحديات الحرجة المتعلقة بتخزين الطاقة، تستعمل هذه البطاريات الماء كعنصر أساسي في نظام الإلكتروليت الخاص بها، مما يعزز السلامة والقدرة على تحمل التكاليف والاستدامة البيئية.

وجد المهندسون الكيميائيون في جامعة “تكساس أي آند أم” اختلافا بنسبة ألف في المئة في سعة تخزين أقطاب البطارية الكهربائية الخالية من المعادن.

ونشرت الأستاذة في الهندسة الكيميائية الدكتورة جودي لوتكنهاوس والأستاذ المساعد للكيمياء الدكتور دانيال تابور النتائج التي توصل إليها الباحثون حول البطاريات الخالية من الليثيوم على مجلة نيتشر ماتيريالز.

وتختلف البطاريات المائية عن بطاريات الليثيوم أيون التي تشمل مكوناتها الكوبالت. وتهدف المجموعة الباحثة في سبل تطوير بطاريات خالية من المعادن إلى التحكم الأفضل في سلسلة التوريد المحلية لأن الكوبالت والليثيوم مُستوردان. وستمنع هذه المكونات الأكثر أمانا حرائق البطارية.

وقالت لوتكنهاوس “لن تكون هناك حرائق للبطاريات بعد اليوم لأنها تعتمد على الماء. في المستقبل، إذا بلغنا نقص الموارد، فإن سعر بطاريات الليثيوم أيون سيرتفع بشكل كبير. إذا كانت بحوزتنا هذه البطارية البديلة، فسيمكننا اللجوء إليها، حيث سيكون الحصول عليها أنسب لقدرتنا على تصنيعها هنا في الولايات المتحدة”.

تتكون البطاريات المائية من كاثود وإلكتروليت وأنود. وتعدّ الكاثودات والأنودات من البوليمرات التي يمكنها تخزين الطاقة، والإلكتروليت هو ماء ممزوج بالأملاح العضوية، ويعد مفتاحا للتوصيل الأيوني وتخزين الطاقة من خلال تفاعلاته مع الإلكترود.

وقالت “إذا انتفخ قطب كهربائي كثيرا أثناء العملية، فلن يتمكن من توصيل الإلكترونات جيدا، وستفقد كل الفعالية. أعتقد أن هناك فرقا بنسبة ألف في المئة في سعة تخزين الطاقة، اعتمادا على اختيار الإلكتروليت بسبب تأثيرات الانتفاخ”.