كيف تحسن خلايا الوقود استدامة بطاريات الليثيوم

2025-03-26

لقد هددت درجات حرارة الجو المتزايدة التنوع البيولوجي، وتسببت في ارتفاع مستويات البحر، وقلبت الطقس بشكل جذري لدرجة أن التغيرات المناخية الجذرية يمكن الآن اكتشافها في أي يوم معين. يعمل علماء البيئة والمهندسون على تحسين كفاءة الطاقة، والموثوقية والأمان، وأصبحت الطاقة المتجددة أساسًا للتنمية المستدامة.

لقد جذبت الأبحاث الحالية حول بطاريات أيون الليثيوم وخلايا وقود الهيدروجين اهتمامًا متزايدًا من قبل العلماء والجمهور. بحلول عام 2025، من المتوقع أن ينمو سوق بطاريات أيون الليثيوم العالمي إلى 100 مليار دولار أمريكي؛ في نفس الوقت، من المتوقع أن يتجاوز السوق العالمي لخلايا وقود الهيدروجين 10 مليارات دولار أمريكي.

تتركز الأبحاث حول حلول إزالة الكربون الواعدة على معالجة التحديات المرتبطة باستخدام بطاريات الليثيوم أيون وخلايا وقود الهيدروجين لإزالة الكربون من صناعة السيارات.

مع تزايد شعبية السيارات الكهربائية، شهد إنتاج بطاريات الليثيوم أيون ازدهاراً. في الوقت نفسه، تُستخدم خلايا الوقود الهيدروجينية غالباً كمصدر للطاقة في تخزين الطاقة في النقل والمباني وأنظمة الشبكات.

تشغيل السيارة الكهربائية أكثر استدامة من محرك الاحتراق الداخلي، لكن بطاريات الليثيوم أيون تحتوي على مواد كاثودية: الليثيوم والكوبالت والجرافيت والنيكل، التي تمر بعمليات استخراج وتصنيع تنتج غازات الدفيئة. تم تصميمها لتحمل طاقة أكبر في أجهزة أصغر، لذا فإنها تزيد أيضاً من خطر الاحتراق إذا تم ضغطها أو تمزقها.

تعتبر خلايا الوقود بديلاً آمناً وخالياً من الانبعاثات كمصدر للطاقة. تولد الأجهزة ذات الصفر الصافي الكهرباء من خلال تفاعلات كيميائية، حيث يكون الهيدروجين هو المتفاعل الرئيسي.

خلايا الوقود: تحسين كفاءة الطاقة لبطاريات الليثيوم

هاتان التقنيتان المتقدمتان ليستا متناقضتين، حيث يمكن لخلايا الوقود أن تعزز قوة بطاريات الليثيوم أيون. في حالة السيارات الكهربائية، يمكن أن تحسن خلايا الوقود الهيدروجينية مدى القيادة وتحل مشكلات إعادة التزود بالوقود، مع تقليل انبعاثات غازات الدفيئة المرتبطة ببطاريات الليثيوم أيون.

بالإضافة إلى استخدام الهيدروجين لتوليد وتخزين الكهرباء، يمكن أن تعمل خلايا الوقود على تحسين نظم القوة في بطاريات الليثيوم أيون بالطرق التالية:

1. توليد كهرباء صافية صفرية لتشغيل السيارات وملحقاتها. 2. تخزين الطاقة للفرامل المتجددة وإضافة محركات جر كهربائية لدفع العجلات. 3. شحن بطاريات احتياطية. ستظل بطاريات الليثيوم أيون مكونًا أساسيًا في المركبات الكهربائية، بغض النظر عن كيفية دمج مصدر الطاقة والمحرك، ولكنها ليست مثالية. كما تواجه المركبات الكهربائية التي تعمل بخلايا وقود الهيدروجين فقط بعض التحديات.

بطاريات الليثيوم أيون وخلايا الوقود الهيدروجينية غير قادرتين بطبيعتهما على العمل لمسافات طويلة تحت أحمال ثقيلة، مما يجعل التسارع والتوقف أكثر صعوبة. كما أن السيارات الكهربائية المدعومة بخلايا الوقود الهيدروجينية تعاني من مشكلة عدم استقرار إنتاج الطاقة أثناء التسارع. ومع ذلك، بما أن خلايا الوقود الهيدروجينية يمكنها توليد وتخزين الكهرباء بمفردها، هناك مجال واسع لاستخدام كامل إمكانياتها لدعم طاقة بطاريات الليثيوم.

في أوقات التغير المناخي الدراماتيكي، لم تكن الاستدامة أبداً بهذه الأهمية - الانتقال إلى النقل ذو الصفر الصافي هو مجال مثالي للبدء في تقليل انبعاثات غازات الدفيئة. يمكن أن تسهل تطوير خلايا الوقود الهيدروجينية تطوير بطاريات الليثيوم أيون، وبالتالي إعادة تشكيل المستقبل الأخضر لطاقة السيارات.