تتنوع احتياجات تخزين الطاقة بين السيارات الكهربائية التي تتطلب بطاريات خفيفة ومدمجة، وشبكات الكهرباء التي تحتاج إلى أنظمة قادرة على التفريغ لفترات طويلة عند انخفاض إنتاج الطاقة الشمسية أو الرياح. وتستعرض تقارير تقنية سبع تقنيات بطاريات ترسم ملامح المستقبل لكلا القطاعين.
بطاريات فوسفات حديد الليثيوم تهيمن على التخزين الثابت
وفقًا للوكالة الدولية للطاقة، استحوذت بطاريات فوسفات حديد الليثيوم (LFP) على نحو 90% من عمليات نشر أنظمة تخزين البطاريات الثابتة الجديدة خلال عام 2025. وتتميز هذه البطاريات بتكلفة منخفضة نسبيًا وقدرة على تحمل دورات شحن وتفريغ متكررة، مما يجعلها مناسبة لتحويل فائض الطاقة الشمسية للاستخدام المسائي، رغم أن كثافة طاقتها أقل من بطاريات الليثيوم أيون الغنية بالنيكل.
البطاريات الصلبة تفتح الباب لأنودات الليثيوم المعدني
تستبدل البطاريات الصلبة الإلكتروليت السائل بمادة صلبة تنقل الأيونات بين الأقطاب. ويمكن لهذا التغيير تمكين المهندسين من استخدام أنود من الليثيوم المعدني، الذي يخزن طاقة أكبر لكل وحدة وزن مقارنة بأنودات الجرافيت الشائعة في السيارات الكهربائية. ويبقى التحدي الرئيسي في الحفاظ على تماس الطبقات الصلبة أثناء الشحن والتفريغ، إذ تعتمد بعض التصاميم على ضغط خارجي للحفاظ على هذا التماس، مما يخلق معضلة هندسية إضافية عند تجميع الخلايا في حزمة بطارية للمركبة.
أنودات غنية بالسيليكون لزيادة مدى القيادة
يمكن لزيادة نسبة السيليكون في أنود بطارية الليثيوم أيون رفع كمية الليثيوم التي يستوعبها القطب، مما يمنح صانعي السيارات مجالًا لتمديد مدى القيادة ضمن نفس حجم حزمة البطارية. ويتمدد السيليكون عند امتصاص الليثيوم أثناء الشحن وينكمش عند التفريغ، ويعد مزج السيليكون المسامي مع الجرافيت أحد الحلول التي يبحثها العلماء للحد من الانتفاخ والحفاظ على السعة عبر دورات شحن متكررة.
بطاريات الليثيوم-كبريت: سعة نظرية عالية وتحدي "المكوك"
تقترن بطاريات الليثيوم-كبريت بأنود من الليثيوم المعدني وكاثود قائم على الكبريت، وتتميز بسعة نظرية عالية لتخزين الطاقة لكل كيلوغرام، مما يجعلها جذابة للمركبات التي يمثل فيها وزن البطارية عاملًا حاسمًا. غير أن مركبات تسمى "البولي سلفايد" قد تذوب في الإلكتروليت وتهاجر بين الأقطاب أثناء التشغيل، في ظاهرة تعرف بـ "تأثير المكوك"، مما يقلل الأداء ويصعب الاحتفاظ بالسعة عبر دورات الشحن العديدة التي تتطلبها بطارية السيارة الكهربائية.
بطاريات الصوديوم أيون: بديل واعد للمناخ البارد
تستبدل بطاريات الصوديوم أيون الليثيوم بالصوديوم كأيون متحرك بين الأقطاب، وتؤدي أداءً أفضل من بطاريات LFP في الطقس البارد، وهو ميزة للسيارات الكهربائية التي تعمل في الهواء الطلق. وتقدر الوكالة الدولية للطاقة أحدث خلايا الصوديوم أيون بما يصل إلى 175 واط/ساعة لكل كيلوغرام، مقابل 205 واط/ساعة لأحدث خلايا LFP، مما يجعل سيارات المدينة ومركبات التوصيل والتخزين الثابت تطبيقات أكثر ملاءمة من السيارات طويلة المدى.
بطاريات تدفق الفاناديوم: مرونة في تصميم مشاريع التخزين
تخزن بطاريات تدفق الفاناديوم الطاقة في إلكتروليتات سائلة تحتفظ بها خزانان خارجيان، وتضخ المضخات السوائل عبر مكدس من الخلايا حيث تتيح تفاعلات كهروكيميائية شحن البطارية أو تفريغها. ويحدد المكدس قدرة النظام على توصيل الطاقة في لحظة معينة، بينما تتيح زيادة كمية الإلكتروليت تمديد وقت التفريغ مع الحفاظ على نفس ذروة القدرة، مما يمنح المشغلين مرونة أكبر عند تحديد حجم مشروع التخزين.
بطاريات الحديد-هواء: تفريغ يصل إلى 100 ساعة
تولد بطاريات الحديد-هواء الكهرباء عبر تفاعل الحديد مع الأكسجين مكونًا الصدأ، ويعكس الشحن التفاعل محولًا الصدأ إلى حديد لتبدأ الدورة من جديد. وصممت شركة "فورم إنرجي" (Form Energy) نظامها من الحديد-هواء ليفرغ لمدة تصل إلى 100 ساعة، ويمكن لنظام مصمم لهذه المدة مساعدة المرافق على سد فجوات تمتد لأيام متتالية من ضعف إنتاج الرياح أو الطاقة الشمسية.
أفضل التحسينات تعتمد على موقع البطارية
تختلف أولويات التحسين حسب التطبيق: بالنسبة للسائق، تعني طاقة أكبر في حزمة أخف عددًا أقل من محطات الشحن في الرحلات الطويلة. أما بالنسبة للمرافق، فقد يكون العائد في ساعات إضافية من الكهرباء من نفس القدرة الاسمية. ويمكن لبطارية التدفق تحويل توليد الظهيرة الشمسي إلى المساء، بينما تستهدف بطاريات الحديد-هواء فجوات تمتد عبر أيام.