بطاريات الليثيوم مقابل خلايا وقود الهيدروجين: أيهما أفضل بالنسبة لك؟

في الكفاح من أجل وقف الاحتباس الحراري ، سيكون النقل وصناعة السيارات اثنين من اللاعبين الرئيسيين. لذلك ، يسعى مصنعو السيارات العالميون جاهدين لإيجاد الخيار الأنظف والأكثر كفاءة والأكثر فعالية من حيث التكلفة للمستقبل - لأن هذا سيؤمن المبيعات.

الفائز الحالي هو المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطارية (EVs) ، والتي تعمل في الغالب ببطاريات ليثيوم أيون. ومع ذلك ، فإن البطاريات لها العديد من العيوب ، بما في ذلك العمر الافتراضي والسعر المحدود. لمعالجة هذه القضايا ، يبحث المصنعون عن بدائل. أحد الخيارات التي تكتسب الزخم هو خلايا وقود الهيدروجينولكن هل هذه أفضل من البطاريات؟ تابع القراءة لاكتشاف الحل المناسب لك!

جدول المحتويات
ما هي البطارية؟
ما هي خلية وقود الهيدروجين؟
البطاريات مقابل خلايا وقود الهيدروجين: الاختلافات
البطاريات مقابل خلايا وقود الهيدروجين: أيهما أفضل؟
وفي الختام

ما هي البطارية؟

البطارية هي جهاز يمكنه تخزين الطاقة ثم تفريغها عن طريق تحويل الطاقة الكيميائية إلى كهرباء عند الحاجة. يتم تفريغ الكهرباء من خلال التفاعل الكيميائي في خلية كهروكيميائية واحدة أو أكثر. وهذا يعني أن البطاريات التي تحتوي على عدد أكبر من الخلايا قادرة على تفريغ طاقة كهربائية أعلى.

كيف تولد الخلايا الكهروكيميائية الكهرباء؟

1. تحتوي الخلايا الكهروكيميائية على طرفين (أقطاب كهربائية) ، متصلان عبر جسر مسامي. 
2. تمرر الأقطاب الكهربائية شحنة كهربائية (إلكترونات) بين بعضها البعض عبر هذا الجسر المسامي ، والذي يحتوي على المادة الكيميائية المعروفة باسم الإلكتروليت.
3. يعني فقدان الإلكترونات من القطب / الطرف السالب (الأنود) ، وتمريرها إلى القطب الموجب / الطرف (الكاثود) عبر الإلكتروليت ، وجود اختلاف في الشحنة ، أو الجهد ، من جانب إلى آخر ، مما يؤدي إلى تدفق الكهرباء.

يمكن أن تكون البطاريات قابلة لإعادة الشحن أو تستخدم مرة واحدة ، ويمكن أن تكون مصنوعة من العديد من المواد المختلفة. تشمل بعض المواد الأكثر شيوعًا القلوية ، ليثيوم أيون ، ليثيوم بوليمر ، هيدريد معدن النيكل.

اعتمادًا على عدد الخلايا الكهروكيميائية ، يمكن استخدام البطاريات بشكل مختلف - حيث يمكن للبطاريات الكبيرة تشغيل السيارات الكهربائية على سبيل المثال ، بينما يمكن استخدام بطارية أصغر لتشغيل مصباح أو حفر.

ما هي خلية وقود الهيدروجين؟

تحتوي خلايا وقود الهيدروجين ، مثل البطاريات ، على أنود وكاثود وجسر مسامي إلكتروليت. ومع ذلك ، بدلاً من استخدام الطاقة الكيميائية ، تولد خلايا وقود الهيدروجين الكهرباء من خلال تفاعل ذرات الأكسجين والهيدروجين ، وبما أن المنتج الثانوي الوحيد هو الماء ، فإن استخدامها لتوليد الطاقة غير ملوث. 

كيف تولد خلايا الهيدروجين الكهرباء؟

1. يتم تغذية الهيدروجين إلى القطب الموجب ، أو الطرف السالب ، بينما يتم تغذية الأكسجين إلى القطب السالب ، أو الطرف الموجب.
2. في القطب الموجب ، يتم فصل ذرات الهيدروجين إلى بروتونات (شحنة موجبة) وإلكترونات (شحنة سالبة).
3. تمر البروتونات عبر جسر غشاء الإلكتروليت باتجاه الكاثود ، بينما تأخذ الإلكترونات طريقًا مختلفًا لتوليد الكهرباء.
4. تلتقي البروتونات والإلكترونات عند القطب السالب ، حيث تتحد مع الأكسجين ، وبالتالي تولد الكهرباء ، مع الحرارة والماء كمنتج ثانوي.

خلايا وقود الهيدروجين نظيفة ، لكنها أقل قوة من بطاريات الاحتراق والبطاريات الكيميائية ، لذلك ، من أجل توليد ما يكفي من الكهرباء لتشغيل الآلات أو المركبات أو العناصر الإلكترونية الأخرى ، يتم تكديس العديد من وقود الهيدروجين معًا.

البطاريات مقابل خلايا وقود الهيدروجين: الاختلافات

الكفاءة

في الوقت الحاضر ، تعتبر البطاريات التقليدية أكثر كفاءة من خلايا وقود الهيدروجين ، لأنها توفر طاقة أكبر. هذا هو أحد الأسباب الرئيسية التي تدفع كبار مصنعي المركبات الكهربائية ، مثل Tesla و BYD ، إلى الاستمرار في استخدام البطاريات في عمليات التصنيع الخاصة بهم. ومع ذلك ، مع الاستثمار والبحث الكافي ، يمكن أن يتغير هذا.

على الرغم من كفاءتها المنخفضة ، فإن خلايا وقود الهيدروجين هي الخيار الأفضل للمركبات الأكبر ، بما في ذلك الشاحنات وصواريخ ناسا. السبب الرئيسي لذلك هو الوزن.

الوزن والحجم

البطاريات ثقيلة ، وعند استخدامها للشاحنات الكبيرة طويلة المدى أو المركبات الكبيرة الأخرى ، فإن هذا الوزن الإضافي يمكن أن "يفوق" الفوائد. من ناحية أخرى ، تكون خلايا وقود الهيدروجين أكثر إحكاما وأخف وزنا - مع طاقة أكبر في كتلة أقل. هذا يعني أنه عند استخدامهم في المركبات الكبيرة ، فإنهم يخففون الوزن وبالتالي يسمحون بمدى قيادة أطول. ولتقديم مثال ، فإن شاحنة يبلغ مداها 800 كيلومتر ستخفض وزنها بمقدار 2 طن إذا كانت ستستخدم خلايا وقود الهيدروجين بدلاً من البطاريات. 

سمية

خلايا وقود الهيدروجين هي الخيار الأنظف ، لأنها تنتج الحرارة والماء فقط كمنتج ثانوي ولا تحتوي على مواد سامة. من ناحية أخرى ، يصعب التخلص من البطاريات ، فقط 5% من بطاريات الليثيوم أيون المعاد تدويرها. تحتوي البطاريات على مكونات معدنية سامة ، بما في ذلك الكوبالت والنيكل والمنغنيز ، والتي غالبًا ما تتسرب إلى الأرض في مدافن النفايات وتلوث مصادر المياه. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لعمر قصير يبلغ خمس سنوات فقط (أو أقصر إذا تم تفريغه بالكامل أم لا حافظ) ، ستحتاج إلى إنتاج بطاريات أكثر من خلايا وقود الهيدروجين.

إعادة الشحن / التزود بالوقود البنية التحتية

لا تحتاج خلايا وقود الهيدروجين إلى إعادة الشحن ، فهي تحتاج فقط للتزود بالوقود. هذا يعني أنه بدلاً من الانتظار لساعات لإعادة شحن البطارية ، أو الاضطرار إلى تغييرها عند نفادها ، يمكن للمستخدم إعادة التزود بالوقود ببساطة - الأمر الذي يستغرق 15 دقيقة. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن خلايا وقود الهيدروجين لا تتطلب سوى الهيدروجين والأكسجين ، فإن إعادة التزود بالوقود فعالة من حيث التكلفة. ومع ذلك ، لا تزال هناك مشكلة تتعلق بإمكانية الوصول ، حيث لا يمكن الوصول بسهولة إلى الهيدروجين دائمًا. قد يكون هذا شيئًا يتغير مع زيادة البنية التحتية والاستثمار.

السعر

لا يتم تحديد تكاليف البطاريات وأنواع وقود الهيدروجين فقط بالسعر ، ولكن أيضًا من خلال تكاليف الصيانة ، وأوقات إعادة الشحن / إعادة التزود بالوقود ، وعوامل أخرى مماثلة. تظل تكلفة البطارية ، وكذلك صيانتها و / أو استبدالها مرتفعة ، في حين أن وقت إعادة شحنها طويل. من ناحية أخرى ، تعتبر خلايا الوقود الهيدروجينية فعالة من حيث التكلفة إلى حد ما ، مع أوقات إعادة التزود بالوقود بسرعة ، فضلاً عن كونها خفيفة الوزن وتناسب القيادة لمسافات طويلة. ومع ذلك ، فإن تكلفة المواد الخام المستخدمة في إنشاء أنواع وقود الهيدروجين ، مثل البلاتينوم ، مرتفعة.

البطاريات مقابل خلايا وقود الهيدروجين: أيهما أفضل؟

مع الافتقار إلى البنية التحتية لخلايا وقود الهيدروجين والابتكار الذي لا يزال ممكنًا للبطاريات ، فإن الحالة ليست أفضل في الوقت الحالي ، ولكنها ستكون أفضل في المستقبل.

حاليًا ، يعتبر وقود الهيدروجين الخيار الأفضل للمركبات الأكبر حجمًا ، مثل الصواريخ والقطارات والطائرات والسفن وحتى بعض مركبات البناء. هذا بفضل حقيقة أنها خفيفة الوزن ، ولا تتطلب فترات شحن طويلة ، ولديها متانة أفضل من البطاريات. نظرًا لافتقارها إلى الأجزاء المتحركة ، فهي أيضًا هادئة جدًا - وهي مثالية للرحلات الطويلة.

بالنسبة للمركبات الأصغر التي يستخدمها غالبية السكان ، تظل البطاريات هي الخيار المفضل. لا يُتوقع أن تسافر السيارات والدراجات النارية والشاحنات الصغيرة باستمرار مسافات طويلة ، مما يعني أنها لا تتطلب بطاريات ضخمة - مما يعني وزنًا أقل وأوقات إعادة شحن أقل. ومع ذلك ، قد يكون هذا على وشك التغيير ، حيث يصبح الهيدروجين متاحًا بسهولة أكبر على الطريق ، بما في ذلك شركات تصنيع السيارات الكبرى تويوتا وهيونداي وهوندا تطوير سيارات خلايا وقود الهيدروجين.

وفي الختام

تحتفظ البطاريات ، وخاصة بطاريات الليثيوم أيون ، بالمركز الأول في صناعة السيارات الكهربائية اليوم ، ومع ذلك ، فإن الاعتماد على المعادن غير المتجددة يشير إلى النهاية الحتمية لمصدر الطاقة هذا. تقنية خلايا الوقود الهيدروجينية ، على الرغم من أنها لا تزال قيد التطوير وهي أغلى حاليًا من بطاريات الليثيوم أيون ، إلا أنها نظيفة ومرنة و كفاءة الطاقة. 

بفضل هذه الصفات ، إلى جانب أهداف الحكومات العالمية للحد من الاعتماد على الوقود الأحفوري وتقليل الانبعاثات ، من المتوقع أن تحل مركبات خلايا الوقود الهيدروجينية محل المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات في المستقبل القريب. ستعني الزيادات في الاستثمار والتقدم في التكنولوجيا كفاءة أعلى من خلايا وقود الهيدروجين ، مما يؤدي إلى تقييم متوقع لما يزيد عن USD 131 مليار بحلول عام 2023 ، ارتفاعًا من فقط 1.9 مليار دولار أمريكي في 2021.

B2B التجارة الإلكترونية مواقع ، مثل Alibaba.com، تقدم خدمات البيع والشراء العالمية مع الشركات المصنعة لكل من البطاريات وخلايا وقود الهيدروجين.