بطاريات أكثر أماناً .. تقنية أمريكية تواجه الهيمنة الصينية

تسعى الولايات المتحدة إلى تقليص اعتمادها على الصين في قطاع البطاريات، ليس فقط عبر زيادة إنتاج الخلايا والمركبات الكهربائية، وإنما أيضاً من خلال تطوير صناعة محلية للمكونات والمواد الكيميائية الأساسية التي تحتاج إليها البطاريات المتقدمة.

وفي هذا السياق، تراهن شركة ناشئة من وادي السيليكون على تقنية جديدة للإلكتروليت يمكن أن تضيف عنصراً مهماً إلى سلسلة توريد البطاريات الأمريكية.

ولهذا تسارعت تطورات قطاع الاستدامة والطاقة النظيفة، ومن بينها مشروع شركة "أنثور إنرجي"  Anthro Energy، إلى جانب تأثير خفض القدرات الأمريكية في مجال الأرصاد الجوية، ودور الذكاء الاصطناعي في اكتشاف مواد جديدة يمكن استخدامها في الهيدروجين الأخضر والبطاريات.

مصنع جديد في كنتاكي

بدأت "أنثرو إنرجي"، ومقرها ألاميدا في كاليفورنيا، أعمال إنشاء مصنع جديد للإلكتروليت في مدينة لويفيل بولاية كنتاكي. ومن المقرر أن يبدأ المصنع الإنتاج في 2027، ليصبح، وفق الشركة، أول منشأة مملوكة ومدارة أمريكياً لإنتاج الإلكتروليت، وهو مكوّن كيميائي أساسي لعمل بطاريات أيون الليثيوم وغيرها من تقنيات البطاريات.

وتختلف تقنية الشركة عن الإلكتروليتات التقليدية التي تعتمد عليها البطاريات الحالية، والتي يمكن أن تكون شديدة الاشتعال.

وتعتقد  الشركة أن الإلكتروليت البوليمري السائل الذي طورته يمكن أن يوفر مزايا في السلامة وكثافة الطاقة والعمر التشغيلي للبطاريات.

وقال ديفيد ماكانيك، الرئيس التنفيذي للشركة، إن البطاريات الحالية تعتمد على سوائل متطايرة وقابلة للاشتعال وسامة وآكلة، كما أن الإلكتروليت يتعرض لتدهور مستمر داخل البطارية، ما يؤدي في النهاية إلى تنازلات على مستوى الأداء.

وأوضح ماكانيك أن المواد الأعلى كثافة في الطاقة يمكن أن تؤدي إلى تسريع تدهور الإلكتروليت، وهو ما قد يسبب مشكلات تتعلق بالسلامة.

حل يجمع مزايا السائل والصلب

تعمل صناعة البطاريات منذ سنوات على تطوير الإلكتروليتات الصلبة، باعتبارها وسيلة محتملة لزيادة كثافة الطاقة وتحسين السلامة وإطالة عمر البطارية، إلا أن تصنيعها على نطاق واسع لا يزال يواجه تحديات.

وتحاول الشركة الجمع بين مزايا الإلكتروليتات السائلة والصلبة من خلال ما تسميه «إلكتروليت تغير الطور».

ويتم حقن المادة داخل خلية البطارية في صورة سائلة، ثم تتحول إلى مادة مرنة شبيهة بالمطاط بعد دخولها إلى الخلية.

وترى الشركة أن هذا التحول يحمي نقاط التلامس داخل البطارية ويحد من التدهور غير المنضبط، بما يعزز السلامة ويطيل عمر دورات الشحن والتفريغ، وهو أمر مهم بصورة خاصة مع ظهور مواد بطاريات جديدة ذات كثافة طاقة أعلى.

وتستطيع الشركة حالياً إنتاج نحو 200 كيلوغرام يومياً من الإلكتروليت على خط إنتاج صغير في مقرها، لكن المصنع الجديد سيغير قدرتها الإنتاجية بصورة كبيرة.

وعند الوصول إلى الطاقة الإنتاجية الكاملة، سيكون المصنع قادراً على إنتاج نحو 12 ألف طن متري من الإلكتروليت سنوياً، وهي كمية تكفي لنحو 25 غيغاواط/ساعة من البطاريات، أو لتزويد ما يقارب 400 ألف سيارة كهربائية بالطاقة.

ومن المتوقع أن يبدأ رفع الإنتاج تدريجياً في نهاية 2027 ويمتد إلى 2028.

قلب "حزام البطاريات"

اختارت الشركة ولاية كنتاكي لإقامة المصنع ضمن ما يعرف بـ«حزام البطاريات»، وهي منطقة صناعية تمتد من ميشيغان إلى جورجيا وتضم نحو 12 مصنعاً للبطاريات تديرها شركات لصناعة السيارات والإلكترونيات.

وتشير "أنثرو إنرجي" إلى أن لديها بالفعل بعض عقود شراء مستقبلية مرتبطة بإنتاج المصنع الجديد، لكنها لم تكشف أسماء الشركات المتعاقدة.

وتأتي هذه الخطوة في وقت تحاول فيه الولايات المتحدة بناء سلسلة توريد محلية أكثر تكاملاً للبطاريات، بعد سنوات من هيمنة الصين على أجزاء رئيسية من الصناعة العالمية.

وقد يستغرق الوصول إلى قدرة تنافسية كاملة مع الصين سنوات، إلا أن شركات مثل  "أنثرو إنرجي" يمكن أن تساعد في معالجة بعض الثغرات الموجودة في سلسلة التوريد الأمريكية، خصوصاً في المكونات الكيميائية والمواد المتخصصة.

الذكاء الاصطناعي والمواد الجديدة

في جانب آخر من قطاع التكنولوجيا النظيفة، يتزايد استخدام الذكاء الاصطناعي لتسريع اكتشاف مواد جديدة يمكن توظيفها في تقنيات الطاقة النظيفة.

ويعمل تشاد ميركين، مدير المعهد الدولي لتقنية النانو في جامعة نورث وسترن، على تطوير أدوات تسمح للعلماء بتصنيع واختبار أعداد ضخمة من المواد خلال فترات زمنية قصيرة للغاية، باستخدام تقنيات متقدمة على مستوى النانو.

وتقوم الفكرة على استخدام مصفوفة تضم نحو 160 ألف رأس نانوي، يمكن لكل منها إيصال مواد كيميائية مختلفة إلى شريحة تبلغ مساحتها نحو سنتيمترين مربعين في سنتيمترين.

ويمكن تحويل هذه التركيبات إلى مواد مختلفة، فيما تعرف كل نقطة صغيرة على الشريحة باسم "مفاعل نانوي".

وبهذه الطريقة يمكن إنتاج نحو 160 ألف مادة في وقت واحد، والوصول إلى ملايين المواد خلال دقائق، بل ومليارات المواد خلال ساعات، وفق ميركين.

ويصف الباحثون هذه المنظومة بأنها «مكتبة ضخمة للمواد»، يمكن من خلالها اختبار عدد هائل من التركيبات الكيميائية والبحث عن المواد المناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات، بما فيها الشاشات والاندماج النووي والمحفزات والبطاريات والهيدروجين الأخضر.

ولا تقتصر أهمية هذه التقنية على السرعة، بل إنها تنتج كميات هائلة من البيانات التي يمكن استخدامها لتدريب أنظمة الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي.

ويرى ميركين أن معرفة المواد التي تفشل لا تقل أهمية عن معرفة المواد التي تنجح، لأن الذكاء الاصطناعي يحتاج إلى فهم نطاق النتائج المختلفة حتى يستطيع تحديد الاتجاهات الواعدة واقتراح التجارب التالية.

وبذلك ينتقل الذكاء الاصطناعي من مجرد تحليل البيانات إلى دور أكثر مباشرة في الاكتشاف العلمي وتصميم المواد.

بديل للإيريديوم في الهيدروجين الأخضر

يبرز الهيدروجين الأخضر كأحد المجالات التي يمكن أن تستفيد من هذه المنهجية. ويستخدم الإيريديوم في تفاعل تطور الأكسجين ضمن عمليات تحليل المياه لإنتاج الهيدروجين النظيف، لكن المشكلة أن الإيريديوم معدن نادر ومكلف، كما أن تركّز إمداداته في مناطق محددة يثير مخاوف جيوسياسية.

ويقول ميركين إن فريقه استخدم تقنية «المكتبة الضخمة» للبحث عن تركيبة من العناصر يمكن أن تؤدي الوظيفة نفسها التي يؤديها الإيريديوم، أو تتفوق عليه، مع تقليل أو إلغاء الحاجة إلى استخدامه.

وتمكن الباحثون من تحديد محفز قال ميركين إنه حقق نشاطاً مماثلاً للإيريديوم، بل أعلى منه قليلاً، مع مستوى مماثل من الاستقرار، وهما من أهم المعايير المطلوبة في هذه التطبيقات.

والأهم أن هذه المواد بدأت بالفعل تدخل مسار التسويق التجاري، ما يشير إلى إمكانية تحويل الاكتشافات التي تنتجها أنظمة البحث المدعومة بالذكاء الاصطناعي إلى تطبيقات صناعية فعلية.

كما يمكن أن يؤدي استبدال الإيريديوم بمواد أكثر وفرة في الطبيعة إلى خفض التكلفة وتقليل المخاطر المرتبطة بسلاسل التوريد العالمية.

ووفق ميركين، يمكن أن تكون بعض البدائل أقل تكلفة من الإيريديوم بمراتب كبيرة.

وتعكس هذه التطورات اتجاهاً متنامياً في قطاع التكنولوجيا النظيفة، يجمع بين التصنيع المحلي والمواد المتقدمة والذكاء الاصطناعي، بهدف بناء سلاسل توريد أكثر أمناً وتقليل الاعتماد على المواد النادرة والمصادر الخارجية، بالتوازي مع تسريع تطوير تقنيات البطاريات والهيدروجين والطاقة النظيفة.

المصدر: "فوربس"