تعد بطارية الليثيوم أيون (Li-ion) واحدة من أكثر التقنيات التحويلية في العقود القليلة الماضية. تعمل حلول تخزين الطاقة هذه على تشغيل الغالبية العظمى من الأجهزة الإلكترونية المحمولة اليوم ، من الهواتف الذكية إلى السيارات الكهربائية. في حين أنها ظلت كما هي إلى حد كبير لعدة سنوات ، فإن التطورات الأخيرة تلوح في الأفق. تتمتع تقنية البطاريات الجديدة التي تعمل عليها العديد من الشركات بالقدرة على استبدال Li-ion وفي بعض الحالات إنشاء تطبيقات جديدة.
فيما يلي خمس تقنيات بطاريات ناشئة يمكن أن تغير صناعة الإلكترونيات كما فعلت بطاريات Li-ion في الماضي.
1. بطاريات الحالة الصلبة
تعد بطارية الحالة الصلبة واحدة من أهم التطورات الحديثة في تكنولوجيا البطاريات. على عكس بطاريات Li-ion التقليدية ، لا تحتوي بدائل الحالة الصلبة على أي سائل ، وبدلاً من ذلك تستخدم إلكتروليتًا صلبًا. ونتيجة لذلك ، فهي أقل قابلية للاشتعال ، وتمتلك المزيد من الطاقة ، وتشحن بشكل أسرع ولا تفقد شحنتها بالسرعة نفسها.
ثبت أن تطوير هذه البطاريات يمثل تحديًا ، لكن العديد من الشركات تقترب من الحلول القابلة للتطبيق. تهدف فولكس فاجن إلى إطلاق بطارية صلبة تخفض وقت شحن المركبات الكهربائية إلى النصف بحلول منتصف عام 2020 ، مع استهداف العديد من شركات صناعة السيارات الأخرى لتواريخ إصدار مماثلة. نظرًا لأن المزيد من الشركات تمول الأبحاث في هذا المجال ، فإن هذه البطاريات الأكثر إحكامًا والموثوقية والأكثر أمانًا ستصبح متاحة على نطاق واسع في وقت قريب.
2. خلايا وقود الهيدروجين
خلايا وقود الهيدروجين ليست بطاريات تقنيًا ، لكن الهيدروجين هو وسيط لتخزين الطاقة ، وليس وقودًا ، لذا فهي تخدم غرضًا مشابهًا. تعمل خلايا الوقود على تشغيل الإلكترونيات لرواد الفضاء في الفضاء لعقود من الزمن ، لكنها بدأت تظهر في المزيد من تطبيقات المستهلك أيضًا.
تستخدم القطارات التي تعمل بخلايا الوقود طاقة أقل بنسبة 29٪ من محركات الديزل ولا تنتج أي انبعاثات ضارة. يمكن لتقنيات مماثلة تشغيل السيارات والشاحنات ذات المسافات الطويلة والسفن وحتى الطائرات. يمكن أن تعمل أنظمة خلايا الوقود الأصغر كمولدات خالية من الانبعاثات ، وفي النهاية تعمل على تشغيل الأجهزة المحمولة ، مما يدفع صناعة الإلكترونيات نحو استدامة أكبر.
3. بطاريات ليثيوم أيون خالية من الكوبالت
بطاريات الليثيوم أيون الصفرية هي تقنية واعدة أخرى لتخزين الطاقة المستدامة. كما يوحي اسمها ، لا تستخدم هذه البطاريات الكوبالت ، وبدلاً من ذلك تختار النيكل والمنغنيز والألمنيوم لكاثوداتها.
يعد المحتوى العالي من الكوبالت في بطاريات Li-ion أحد أكبر أوجه القصور فيها ، حيث أن الكوبالت نادر والتعدين مدمر بيئيًا. يتيح التخلص من محتوى الكوبالت هذا لمنتجي البطاريات جعل الإلكترونيات أكثر استدامة وبأسعار معقولة. وجد الباحثون أيضًا أن المحتوى العالي من النيكل في هذه البطاريات يمنحها كثافة تخزين أعلى ، حتى يتمكنوا من إطالة عمر بطارية الإلكترونيات أيضًا.
4. تخزين الطاقة المتجددة
مع نمو الطاقة المتجددة ، بدأت تقنية البطاريات تأخذ دورًا جديدًا. نظرًا لأن توربينات الرياح والألواح الشمسية لا تولد الكهرباء عند الطلب ، فإنها تتطلب حلول تخزين الطاقة لتكون عملية. تلبي بطاريات الليثيوم أيون الكبيرة هذه الحاجة.
تستخدم محطة Moss Landing Power Plant في خليج مونتيري بطاريات Li-ion التي يمكنها تشغيل 300000 منزل لمدة أربع ساعات يوميًا عن طريق التقاط الطاقة المتجددة. نظرًا لأن تقنية البطاريات تصبح أكثر كثافة للتخزين ويمكن الاعتماد عليها على المدى الطويل ، يمكن أن تساعد التركيبات المماثلة في التوسع في الطاقة المتجددة على نطاق واسع. يمكن أن تلعب هذه البطاريات الضخمة دورًا رئيسيًا في مساعدة العديد من الصناعات على الابتعاد عن الوقود الأحفوري.
5. حصاد الطاقة
تولد بعض أنظمة البطاريات الجديدة الكهرباء الخاصة بها بدلاً من تخزينها ببساطة. تلتقط تقنيات حصاد الطاقة الطاقة من التغيرات الطفيفة مثل تغيرات درجة الحرارة أو الحركة الجسدية أو الضوء. عادةً لا تنتج هذه العمليات الكثير من الكهرباء ، لكنها يمكن أن تكون كافية لدعم نظام منخفض الطاقة مثل مستشعر إنترنت الأشياء (IoT) أو يمكن ارتداؤه.
توفر أنظمة حصاد الطاقة حلاً لتلبية احتياجات الطاقة المتزايدة لإنترنت الأشياء. يمكن أن يكون هناك ما يقرب من 30 مليار جهاز متصل بإنترنت الأشياء بحلول عام 2030. إن تشغيل هذه الأجهزة من خلال البطاريات التقليدية من شأنه أن يؤدي إلى نفايات هائلة ، وتوصيلها بالشبكة يحد من تعدد استخداماتها. تساعد أنظمة البطارية التي يمكن أن تولد كميات صغيرة من الكهرباء الخاصة بها في تجنب كلتا المشكلتين ، مما يتيح نموًا أكبر لإنترنت الأشياء.
ستحدث تقنية البطاريات الجديدة ثورة في مجال الإلكترونيات
لا يمكن فصل الإلكترونيات المحمولة عن الحياة العصرية والعمل اليوم ، لذا فإن التقدم في تكنولوجيا البطاريات له آثار واسعة النطاق. مع تحسن تكنولوجيا البطاريات ، ستتحسن صناعة الإلكترونيات ككل.
تمثل هذه التقنيات الخمس أكثر التطورات الواعدة في هذا المجال اليوم. مع المزيد من البحث والتطوير ، يمكنهم إعادة تعريف قطاعات الإلكترونيات والنقل والطاقة.
