مع تزايد الطلب العالمي على الطاقة المتجددة والنظيفة، أصبحت حلول الطاقة الفعالة والمستدامة ذات أهمية متزايدة. بسبب ندرة موارد الليثيوم. بطاريات الصوديوم حظيت باهتمام واسع النطاق من الأوساط الأكاديمية والصناعية على المستويين المحلي والدولي منذ عام 2010، وتزايدت الأبحاث ذات الصلة بسرعة.
حاليًا، انتقلت بطاريات الصوديوم من مرحلة المختبر إلى مرحلة التطبيق في السوق. وقد بدأت العديد من الشركات حول العالم، مثل صحيفة نينغدي تايمز الصينية وشركة كيشيدا كيميكال اليابانية، في وضع مخططها الصناعي لبطاريات الصوديوم.
في يونيو 2018، أطلقت شركة صينية تدعى ZhongkeHaina أول سيارة كهربائية منخفضة السرعة لبطارية الصوديوم (72 فولت، 80 أمبير) في العالم، وفي يونيو 2021، أطلقت الشركة نظام تخزين طاقة بطارية الصوديوم بقدرة 1 ميجاوات في الساعة.
يستكشف هذا المقال الخصائص والمزايا والقيمة التجارية وآفاق التطوير المستقبلية لبطاريات الصوديوم.
جدول المحتويات
كيف تعمل بطاريات الصوديوم
مزايا وخصائص بطاريات الصوديوم
نطاق تطبيق بطاريات الصوديوم
آفاق السوق واتجاهات تطوير بطاريات الصوديوم
وفي الختام
كيف تعمل بطاريات الصوديوم
بطارية الصوديوم هي بطارية ثانوية (قابلة لإعادة الشحن) تعتمد بشكل أساسي على حركة أيونات الصوديوم بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة لتعمل. تتكون بطارية الصوديوم من قطب موجب، وقطب سالب، ومجمع تيار، وكهارل، وفاصل.
يشبه مبدأ عمل بطاريات الصوديوم مبدأ عمل بطاريات الليثيوم أيون. أثناء الشحن والتفريغ، تتحرك أيونات الصوديوم ذهابًا وإيابًا بين القطبين. عند الشحن، يتم إلغاء إقحام أيونات الصوديوم من القطب الموجب ودمجها في القطب السالب من خلال المنحل بالكهرباء. أثناء التفريغ، يتم عكس العملية، حيث يتم استخلاص أيونات الصوديوم من القطب السالب، وتمر عبر الإلكتروليت وتصبح مقحمة في مادة القطب الموجب، مما يعيد القطب الموجب إلى حالة غنية بالصوديوم.
مزايا وخصائص بطاريات الصوديوم
بالمقارنة مع بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، تتمتع بطاريات الصوديوم ببعض المزايا والخصائص الفريدة.
على سبيل المثال، تعتبر بطاريات الصوديوم منخفضة التكلفة نسبيًا. تُصنع بطاريات الصوديوم بشكل رئيسي من أملاح الصوديوم، وهي أكثر وفرة وأرخص من أملاح الليثيوم. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم بطاريات الصوديوم مواد قائمة على النيكل والمنجنيز كأقطاب كهربائية موجبة، والتي لا تتطلب استخدام معادن الكوبالت أو النيكل النادرة والمكلفة، مما يقلل من تكاليف المواد. ولذلك، فإن التكلفة الإجمالية لتصنيع بطاريات الصوديوم منخفضة نسبيا.
ثانيًا، بطاريات الصوديوم آمنة جدًا. لديهم مقاومة داخلية أعلى، مما يؤدي إلى توليد حرارة أقل أثناء قصر الدائرة الكهربائية. ولذلك، فهي أكثر استقرارًا أثناء الشحن والتفريغ وتشكل مخاطر أقل على السلامة مثل الاحتراق أو الانفجارات. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي بطاريات تخزين طاقة الصوديوم على قيود أقل على درجات الحرارة للاستخدام ويمكن أن تعمل بشكل طبيعي حتى في ظل درجات الحرارة المرتفعة أو المنخفضة.
ثالثا، تعتبر بطاريات الصوديوم صديقة للبيئة أكثر حيث أنها لا تحتوي على عناصر سامة أو معادن ثقيلة مثل الرصاص والزئبق. بالمقارنة مع الأنواع الأخرى من البطاريات، فإن بطاريات الصوديوم لها أيضًا تأثير سلبي أقل على البيئة أثناء الإنتاج والاستخدام وإعادة التدوير.
رابعا، لديهم عمر خدمة طويل. يمكن لبطاريات الصوديوم أن تشحن عدة آلاف من المرات أو أكثر، وهو أعلى بكثير من بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية أو بطاريات الليثيوم أيون. ولذلك، فإن استخدام بطاريات الصوديوم يمكن أن يقلل من تكاليف استبدال البطارية وتكاليف الصيانة.
نطاق تطبيق بطاريات الصوديوم
أحد الجوانب السلبية لبطاريات الصوديوم هو أنها تتمتع بكثافة طاقة أقل مقارنةً ببطاريات الليثيوم، مما يعني أنها تميل إلى طلب مساحة أكبر لنفس الكمية من الطاقة المخزنة ولها قيود معينة على مساحة الاستخدام. ولذلك فمن المتوقع أن يتم تطبيقها أولاً في السيارات الكهربائية منخفضة السرعة. ومع نضوج الصناعة، فمن المحتمل أن يتم تطبيق بطاريات الصوديوم تدريجياً على سيناريوهات تخزين الطاقة مثل تخزين الطاقة المتجددة، وتخزين الطاقة المنزلية، وتخزين الطاقة على نطاق الشبكة، وما إلى ذلك.
على الرغم من انخفاض قدراتها، إلا أن الأداء الشامل لبطاريات الصوديوم أفضل من أداء بطاريات الرصاص الحمضية. في ظل الاتجاه العالمي للتنمية الخضراء وحماية البيئة، يبدو أن استبدال بطاريات الرصاص الحمضية قصيرة العمر وعالية التلوث ببطاريات الصوديوم هو الاتجاه العام. لا يزال تصنيع بطاريات الصوديوم في بداياته، ولكن من المتوقع أن تنخفض التكاليف اللاحقة وتصبح في النهاية أقل من تكاليف بطاريات الرصاص الحمضية، مما يتيح تطبيقات صناعية واسعة النطاق.
بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لتكلفتها المنخفضة وعمر الخدمة الطويل، تتمتع بطاريات الصوديوم بمزايا فريدة في أنظمة تخزين الطاقة واسعة النطاق. بالمقارنة مع أنظمة بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، يمكن لأنظمة تخزين الطاقة المبنية باستخدام بطاريات الصوديوم تلبية متطلبات الطاقة بشكل أكثر اقتصادية وموثوقية. ولذلك ستلعب بطاريات الصوديوم دورًا مهمًا في تخزين الكهرباء الزائدة من مصادر الطاقة الجديدة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. ويعني عدم استقرار مصادر الطاقة المتجددة هذه أن إمدادات الطاقة تتقلب، مما يجعل بطاريات الصوديوم خيارًا مثاليًا لتخزين الكهرباء الزائدة من مصادر الطاقة الجديدة.
آفاق السوق واتجاهات تطوير بطاريات الصوديوم
ومع الاهتمام المتزايد بالتنمية المستدامة ومصادر الطاقة النظيفة، أصبحت آفاق السوق لبطاريات الصوديوم واسعة، ومن المرجح أن تلعب دورًا مهمًا في تحولات الطاقة المستقبلية. ومع التطور السريع في مجالات تخزين الطاقة والمركبات الكهربائية، هناك مجال واسع للتوسع في سوق بطاريات الصوديوم.
وعلى هذا النحو، فإن المنافسة على التأثير في السوق في مجال بطاريات الصوديوم ستصبح ساحة معركة جديدة لتكنولوجيا الطاقة العالمية في العقد المقبل وستظل نقطة جذب للاستثمار في كل من الأسواق الأولية والثانوية. وفقًا لتوقعات EVTank، سيتم تشكيل سعة خط إنتاج مخصصة تبلغ 135 جيجاوات في الساعة لبطاريات الصوديوم عبر سلسلة صناعة البطاريات الكهربائية بحلول عام 2023، بينما من المتوقع أن يصل حجم الشحن الفعلي لبطاريات الصوديوم إلى 347 جيجاوات في الساعة بحلول عام 2030. وبناءً على هذا الحساب، اعتبارًا من عام 2024 وحتى عام 2030، يقدر معدل النمو السنوي المركب لشحنات بطاريات الصوديوم بـ 58.1%.
في الوقت الحاضر، لا تزال التقنيات ذات الصلة في سلسلة صناعة بطاريات الصوديوم في مرحلة النضج. في المرحلة الأولية لتحقيق الإنتاج الصناعي الضخم لبطاريات الصوديوم، يجب إعطاء الأولوية لجانبين: أولاً، تحسين أداء البطارية، بما في ذلك تحسين كثافة الطاقة وعمر الدورة. ومن بين جميع مسارات التكنولوجيا الحالية، يتمتع نظام الكربون الصلب ذو الطبقات الأكسيدية بأعلى كثافة طاقة ومن المتوقع أن يتم تسويقه تجاريًا أولاً. ومن المتوقع أيضًا أن تتحسن كثافة الطاقة المنخفضة لكل من الطرق البروسية الزرقاء (البيضاء) والمتعددة الأنيونية تدريجيًا مع التقدم المستمر للشركات المصنعة الكبرى، مما يخلق المزيد من الخيارات لمواد كاثود بطاريات الصوديوم.
ثانياً، يجب أيضاً تقليل اعتبارات التكلفة الخاصة بالإنتاج على نطاق واسع. بالمقارنة مع بطاريات الليثيوم الأكثر نضجا، فإن تكلفة إنتاج بطاريات الصوديوم ليست في صالح الشركات المصنعة بعد. ومع ذلك، مع قيام الشركات المصنعة الكبرى بزيادة إنتاجها تدريجيًا ونضوج الإنتاج في المرحلة الأخيرة، من المتوقع أن تنخفض تكلفة بطاريات الصوديوم إلى مستوى بطاريات الرصاص الحمضية، مما يكتسب ميزة تنافسية أكبر.
وفي الختام
في الختام، فإن بطاريات الصوديوم، باعتبارها جيلًا جديدًا من تكنولوجيا تخزين الطاقة، لها قيمة تجارية كبيرة وآفاق تطويرية. وبفضل تكلفتها المنخفضة وسلامتها المحسنة وعمرها الطويل وملاءمتها للبيئة، فهي حاليًا الخيار الأمثل للسيارات الكهربائية منخفضة السرعة وتخزين الطاقة المتجددة. ومع تزايد الاهتمام العالمي بالتنمية المستدامة والطاقة النظيفة، من المتوقع أن يستمر سوق بطاريات الصوديوم في النمو. وأخيرا، مع استمرار التكنولوجيا في التحسن، بطاريات الصوديوم ومن المتوقع أن تجد تطبيقات أوسع في مجالات مثل البطاريات المحمولة، مما يعرض آفاق تطوير أوسع.
