هذه العناصر ستجرد "الليثيوم أيون" من لقب النجم اللامع في سماء عالم الطاقة قريبًا

في الوقت الذي يحتاج فيه العالم لمواصلة زيادة إمدادات الطاقة، تستمر جهود البحث والتطوير الهادفة لتحسين تقنيات البطاريات، ليس فقط لتمكين الجوالات الذكية من العمل لفترة أطول، ولكن لتشغيل السيارات الكهربائية وتحزين الكهرباء التي تولدها محطات الطاقة الشمسية والرياح.

على مدى السنوات الخمس والعشرين الماضية كانت بطارية الليثيوم أيون حديث العصر، لقدرتها على توفير مخزن ضخم للطاقة في مساحة صغيرة نسبيًا، وبفضل استهلاكها القوي في صناعتي السيارات والجوالات ارتفع الطلب عليها إلى أعلى مستوياته، بحسب تقرير لـ"فاينانشيال تايمز".

محدودية قدرات الليثيوم
 

- يقول المحلل لدى مصرف "إتش إس بي سي" "بول ولسكسام" إن عام 2017، كان عام الحظ بالنسبة لسلعة الليثيوم، حيث ارتفع سعره بنسبة 240%.

- شكلت البطاريات 35% من استهلاك الليثيوم العالمي عام 2015، ارتفاعًا من 25% في 2007، وكان نصيب السيارات الكهربائية والجوالات الذكية والحواسيب الشخصية من هذا السوق نحو 60%.

- غير أن محدودية قدرات الليثيوم أيون باتت أكثر وضوحًا، خاصة لهؤلاء الذين يعانون من استنزاف الشحن الكهربائي لجوالاتهم سريعًا، لذا هناك اهتمام متزايد بإيجاد تكنولوجيات بديلة، وهو اتجاه أكدته شركة الأبحاث "سي.سي.إس إنسيت".

- كشفت "سامسونج" في نوفمبر/ تشرين الثاني عن تطويرها "كرة الجرافين" التي يمكنها تعزيز قدرة البطارية بنسبة 45% وزيادة سرعة الشحن إلى خمسة أضعاف المستويات المعتادة، ما يعني أن البطارية ستشحن بالكامل في 12 دقيقة.

- لكن هذه التكنولوجيا، الشبيهة بنظام الشحن السريع الذي طورته "كوالكوم" لا يمثل سوى وسيلة لتعزيز الأداء فقط، وليست بديلًا لليثيوم أيون.

خلايا الوقود الهيدروجيني

- اعتبر الجرافين منذ فترة طويلة عنصرًا حيويًا لاحتياجات الطاقة في المستقبل، لكن هناك بدائل أخرى مثل، خلايا الوقود، والتمثيل الضوئي، وتقنيات الحالة الصلبة، وأيونات الصوديوم، والطاقة الشمسية، والرغوة، وجرافيت الألومنيوم، والرمال، وحتى جلد الإنسان.

- العديد من هذه البدائل يتميز إما بالوفرة أو درجة أمان أعلى من الليثيوم، الذي تهيمن عليه مجموعة شركات قليلة، لكن الأبحاث المتعلقة بهذه التقنيات ما زالت قيد النظر في المختبرات دون دلائل كافية للتطبيق.

- خلايا الوقود الهيدروجيني، ابتكرت لأول مرة في ثلاثينيات القرن التاسع عشر، وينظر إليها منذ زمن بعيد باعتبارها العنصر الأكثر موثوقية لاستبدال بطاريات الليثيوم، لكن ارتفاع التكاليف بالتزامن مع ذروة تطوير الهيدروجين شكلت عائقًا كبيرًا.

- أحرز بعض التقدم في تسخير الهيدروجين كمصدر بديل للطاقة، لكن الهدف النهائي هو استخدام خلايا الوقود في إصلاح سوق النقل، وتقود اليابان بالتعاون مع "تويوتا" و"هوندا" سبل تطوير هذه التقنيات.

في تكتم شديد، تم بيع "إنتلجنت إنرجي"، وهي شركة خلايا وقود بريطانية تركز على تطوير التكنولوجيا اللازمة للاستخدام في الجوالات الذكية، لصالح أحد مستثمريها بعدما اعترفت بانهيار المبيعات واحتمال فقدان المساهمين لقيمة أصولهم كاملة.

الماء المالح

- هناك حاجة لمزيد من الضغط لدفع الابتكار المتعلق بالبطاريات في سوق الأجهزة القابلة للارتداء، فالبطاريات الصلبة لا تحظى بقبول بين مستخدمي هذه المنتجات، لذلك عمل الأكاديميون على تطوير نماذج أكثر مرونة.

- كشف باحثون في جامعة مانشستر خلال الصيف الماضي، عن تطويرهم تقنية لاستخدام أكسيد الجرافين في إنتاج مادة تشبه الحبر يمكن طباعتها وتتميز بمرونة القطن، وتعمل كمكثف كهرباء فائق يمكنه شحن المكونات الإلكترونية.

- كانت هذه الخطوة مهمة في سبيل تطوير أنواع جديدة لشحن الكهرباء، وستفتح آفاقا لصناعة نسيج إلكتروني ذكي ومجد من ناحية التكلفة، لتخزين الطاقة ورصد النشاط البشري والوضع الفسيولوجي في وقت واحد.

- خلصت جهود التطوير في الشركة الهولندية "أكواباتري" إلى بطارية مستدامة باستخدام الماء والملح فقط، ويعتمد النظام على تدفق المياه المالحة عبر مجموعة من الأغشية المخصصة لتخزين الطاقة.

- بدأ المشروع التجريبي الأول لـ"البطارية الزرقاء" في نوفمبر/ تشرين الثاني لإثبات فاعلية النظام، القادر على تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية، والذي حصل على إحدى جوائز الشركة العالمية للاستشارات والخدمات المهنية "أكستنشر".