كيف ستتطور بطاريات السيارات الكهربائية في المستقبل؟

يمكن أن تنتج "مصانع جيجا" يومًا ما ملايين بطاريات السيارات الكهربائية في المملكة المتحدة، بعدما ألزمت الحكومة الدولة فى وقت سابق، بحظر بيع السيارات الجديدة التي تعمل بالبنزين والديزل بحلول عام 2030 ، لذلك يبدو أن المركبات الكهربائية من المرجح أن تحل محل الكثير من أسطول اليوم وفقا لما نقله موقع TheNextWeb.

وعدت شركة نيسان لصناعة السيارات بتعزيز إنتاج السيارات الكهربائية في مصنعها في سندرلاند في شمال شرق إنجلترا ، بينما من المقرر أن يبني شريكها الصناعي مصنعًا للبطاريات الكهربائية في مكان قريب. وفي الوقت نفسه ، في شيشاير ، أعلن مالك شركة Stellantis ، مالك شركة Vauxhall ، أنه سيستثمر 100 مليون جنيه إسترليني (139 مليون دولار أمريكي) في بناء شاحنات كهربائية وسيارات في مصنع Ellesmere Port التابع لها.

وتستخدم معظم المركبات الكهربائية اليوم بطاريات أيونات الليثيوم ، لكن لها عددًا من القيود، ولحسن الحظ يستكشف العلماء والمهندسون عددًا من الطرق للتغلب على هذه التحديات التي يمكن أن تساعد في إعطاء دفعة لتحويل السيارات إلى كهرباء.

تم تسويق بطاريات الليثيوم أيون لأول مرة من قبل شركة سوني في عام 1991 وأصبحت أكثر البطاريات القابلة لإعادة الشحن انتشارًا في السيارات ، تمامًا كما هو الحال في الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. إنها أكثر كفاءة ولديها عمر أطول - ما بين 15 و 20 عامًا أي حوالي ثلاثة أضعاف عمر بطارية الرصاص الحمضية التقليدية.

وتخزن بطاريات الليثيوم أيون المزيد من الطاقة وهي أيضًا أخف وزناً بكثير ، مما يعني أن السيارة المجهزة بواحدة تستخدم طاقة أقل للتنقل.

تولد البطاريات الطاقة عن طريق تحريك جزيئات مشحونة تسمى الأيونات للخلف وللأمام بين قطبين. عندما يتم شحن البطارية ، تنتقل أيونات الليثيوم من قطب مركب من أكسيد الفلز إلى قطب من الجرافيت. عندما يتم تفريغ البطارية لتشغيل السيارة ، تسير أيونات الليثيوم في الاتجاه الآخر ، مما يتسبب في تدفق الإلكترونات في الدائرة الكهربائية المتصلة.

مستقبل بطاريات السيارات الكهربائية
من أجل جعل بطاريات الليثيوم أيون أرخص ، يبحث العلماء في جامعة ولاية بنسلفانيا في الولايات المتحدة عن بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم ، التي تستخدم عناصر إلكترود مختلفة. يعد طراز البطارية هذا أرخص بكثير وأكثر أمانًا من بطاريات أكسيد الكوبالت المصنوعة من الليثيوم والنيكل والمنجنيز ، ولديه القدرة على تشغيل السيارة لمسافة 250 ميلًا في أقل من عشر دقائق من الشحن.

القلق حول النطاق الذي يمكن أن تغطيه المركبات الكهربائية المشحونة بالكامل يدفع شركات صناعة السيارات إلى تطوير بطاريات تستخدم مكونًا صلبًا يفصل بين الأقطاب الكهربائية بدلاً من السائل. هذه أكثر أمانًا ويمكنها تشغيل المركبات الكهربائية لمسافة تزيد عن 300 ميل بشحنة واحدة.

لكن بطاريات الليثيوم لديها مشكلة، الليثيوم عنصر نادر نسبيًا على الأرض مقارنة بمعظم المعادن الشائعة الاستخدام ومع زيادة الطلب على البطاريات سيزداد سعر الليثيوم بشكل حاد. دفع هذا علماء الجيولوجيا إلى البحث عن مصادر جديدة لليثيوم في جميع أنحاء العالم غالبًا بتكاليفهم الباهظة. على سبيل المثال ، يستهلك استخراج الليثيوم من المسطحات الملحية في تشيلي الكثير من الماء ، وهو نقص في المعروض هناك. الكوبالت نادر أيضًا مقارنة بالمعادن المماثلة مثل الحديد ، وتتركز الخامات في منطقة الكونغو.
قد يكون أحد الحلول هو الاستفادة بشكل أكبر مما لدينا بالفعل. مع بيع أكثر من مليون سيارة كهربائية في جميع أنحاء العالم في عام 2017 ، وهو رقم يتزايد بسرعة ، يدرس العلماء كيفية إعادة تدوير الليثيوم على نطاق واسع. يفكر البعض فيما إذا كانت البكتيريا يمكن أن تساعدهم في تحقيق ذلك.

في المستقبل سيكون من المهم تصميم بطاريات يمكن تفكيكها بسهولة لإعادة استخدام المعادن التي تحتوي عليها. الليثيوم أيضًا معدن شديد التفاعل ، مما يمثل تحديات للأشخاص المكلفين بالتعامل معه.

هناك أيضًا بدائل محتملة للليثيوم. على سبيل المثال ، تحظى بطاريات أيونات الصوديوم باهتمام الشركات المصنعة للمركبات الكهربائية نظرًا لتكلفتها المنخفضة. إنها تعمل بشكل مشابه لبطاريات الليثيوم أيون ، لكن الصوديوم أثقل ويخزن طاقة أقل.

كما هناك بطاريات متعددة التكافؤ ، حيث يكون للأيون الذي يتحرك بين الأقطاب الكهربائية شحنة أكبر من الليثيوم وبالتالي يسلم أكثر من إلكترون واحد لكل منهما. هناك تحديات كبيرة أمام العلماء للتغلب عليها باستخدام هذه البطاريات ، ولكن من المحتمل أن توفر تخزين طاقة أعلى.

يعد بناء عدد كافٍ من السيارات الكهربائية بسعر يجعلها أرخص من البدائل التي تعمل بالوقود الأحفوري تحديًا كبيرًا. في مقدمة أبحاث البطاريات ، يعمل العلماء على حل هذه المشكلة وإحداث ثورة بهذا الأمر.