مستقبل البطاريات

قلنا بالمقال السابق إنو أفضل أنواع البطاريات الموضوعة بشروط مثالية تملك تفريغ ذاتي بخليها بعيدة عن الكمال� طبعاً وكالعادة بفاجئنا العلماء باختراعات جديدة أسهل وأرخص وأكفئ� أحد هذه الاختراعات شي اسمو خلايا الوقود� كيف بتعبي سيارتك بالبنزين� بتعبي بطاريتك أو خليتك بالإيتانول فرضاً� والأحلى إنو زمن تشغليها أكبر بكتير من البطارية� بهالمقال رح تتعرفوا على أهم الإرشادات المتعلقة بتخزين البطاريات إضافة للحديث عن مستقبل البطاريات ومنها طبعاً خلايا الوقود.

مستقبل البطاريات

1.7 بعض الإرشادات حول تخزين البطاريات (Storing Batteries):

إن درجة الحرارة المثالية لتخزين البطارية هي 15°C. الجدول 1.7 يبين السعة المسترجعة من بطاريات الليثيوم� النيكل� الحمض-رصاص عند حرارة ومستويات شحن متفاوتة بعد سنة واحدة على تخزينها.

إن الاختبارات الميدانية المنجزة بواسطة سلاح الجو الأمريكي أثبتت أن بطاريات NiCd يمكن تخزينها لخمس سنوات وهي تؤدي بشكل جيد جيداً بعد تهيئتها مجدداً.

1.1.7 بعض الإرشادات حول تخزين البطاريات:

 يمكن تخزين البطاريات الأولية بشكل جيد� وهذا ينطبق على البطاريات القلوية الأولية وبطاريات الليثيوم الأولية حيث يمكن تخزينها لعشر سنوات مع أقل خسارة ممكنة في السعة.

 يجب تخزين البطاريات في مكان معتدل وجاف.

 يجب تجنب التجميد لأن البطارية تتجمد بسرعة أكبر في حال تم تفريغها بشكل كامل.

 يجب شحن بطاريات LA قبل التخزين ومراقبة الجهد والوزن النوعي بشكل شبه دائم� ويكمن تطبيق جهد تعزيز في حال انخفض جهد الخلية لأقل من 2.10V/cell.

 يجب تخزين بطاريات الليثيوم في حالة الشحن� وعملياً عند نسبة شحن 40% وهذا يضمن عدم هبوط جهد البطارية تحت 2.50V/cell أو حدوث تفريغ ذاتي كبير لها.

 يجب التخلص من بطارية الليثيوم أيون إذا استمر الجهد بالهبوط تحت مستوى 2.00V/cell لمدة أسبوع.

2.7 كلفة القدرة (Cost of Power):

1.2.7 البطاريات الأولية:

إن طاقة البطاريات غير القابلة للشحن غالية جداً من ناحية الكلفة لكلّ كيلو واط ساعي (kWh). حيث تستخدم هذه البطاريات للتطبيقات منخفضة القدرة مثل ساعات اليد� ألعاب الأطفال وغيرها.

الجدول 2.7 يبين سعة التخزين والكلفة لكل kWh للبطاريات الأولية.

2.2.7 البطاريات الثانوية:

إن أزمنة التشغيل المحسنة والكلفة المنخفضة لكل وحدة وخاصية إعادة الشحن سحبت البساط من تحت البطاريات الأولية للعديد من التطبيقات المحسوبة على تلك الأخيرة.

الجدول 3.7 يقارن التكلفة و القدرة للبطاريات الثانوية. حيث أن الكلفة تعتمد على سعر البطارية وعدد دورات شحن/تفريغ الممكنة. الجدول يقارن مجموعات البطاريات التجارية المستخدمة في الاتصالات� الحوسبة� أو التجهيزات الطبية.

3.7 جدول التعامل مع البطاريات (Dealing with Batteries):

الجدول 4.7 يوفر اقتراحات عن كيفية تمديد عمر البطارية باتباع طرق بسيطة. بسبب الأنظمة المتشابهة تم تحديد الكيميائيات المستخدمة في النيكل� الليثيوم� والحمض-رصاص.

4.7 مستقبل البطاريات (The Battery Future):

إذا لاحظنا مراحل تطور البطارية خلال الـ 150 سنة الماضية لوجدنا أن التطور الحاصل في البطاريات يعد تطوراً معتدلاً مقارنة مع مناحي تطور العلوم الأخرى. إن البطارية تحتفظ بقدرة قليلة نسبياً� كما أنها ضخمة� ثقيلة� ولها فترة حياة قصيرة. كما أن قدرة البطاريات باهظة الثمن. فالبطارية الأصغر� لها تكاليف عالية لكل واط لها. ولكن مع كل ذلك مازال البشر يعتمدون على البطارية كأحد أهم مصادر الطاقة المحمولة.

إن أبحاث البطاريات تسير بخطى ثابتة� فمعدل الربح السنوي في قدرة البطاريات يبلغ نموذجياً 6%. وبالمقارنة� فإن علم الالكترونيات الدقيقة يتطور بشكل أسرع بكثير من البطاريات.

إن نظرية المور التي وضعها جوردن مور في العام 1965م حين توقع أن النمو في عدد الترانزستورات المشكلة على كل دارة متكاملة سيتضاعف كل سنتان لا يمكن تطبيقها في حالة البطارية كون التطور الحاصل في البطاريات يعد بطيئاً نوعاً ما. إن نظرية المور يمكن ملاحظتها في معالجات شركات الحواسيب حول العالم وإذا ما أردنا تطبيقها على البطاريات لأصبحت البطاريات الثقيلة المخترعة في العام 1965م بحجم العملة النقدية.

1.4.7 تكنولوجيا خلايا الوقود:

تشترك حالياً أكثر من 2000 منظمة حول العالم في تطوير خلية الوقود� وهناك سبب منطقي لهذا� فهي مفهوم جديد. ورغم ذلك� ومنذ اختراعها في العام 1839م من قبل "Sir William Grove"� لم تشكل خلايا الوقود تأثيراً كبيراً في حياتنا مثلما فعلت البطاريات.

تم استعمال خلايا الوقود في برنامج الفضاء العسكري Gemini في العام 1960م � تلا ذلك تجارب لخلايا الوقود في الحافلات والسيارات خلال العام 1990م.إن أحد أكثر العقبات التي وقفت في وجه هذه التقنية هي كلفة الطاقة العالية لها. إن الكلفة لكل واط� يجب تقليلها بمعامل من 10 لتستطيع المنافسة مع المصادر الأخرى� كمحرك الاحتراق الداخلي.

تستخدم خلايا الوقود الأوكسجين والهيدروجين كوقود. إن اتحاد الغازين الاثنين يولد الكهرباء والماء. حيث لا يوجد أي احتراق ولا ينتج أي تلوث. وبالتالي غياب الغازات العادمة يمكن من استخدامها ضمن المنزل أو أي مكان آخر� إن مردود الطاقة لخلية الوقود نظرياً يكون عالي جداً� ولكن عملياً فإنه ينخفض للنصف بسبب الحرارة.

خلال السنوات الماضية� العديد من النسخ المحمولة لخلايا الوقود قد ظهر. إن أكثر خلايا الوقود الواعدة هي خلية وقود الميثانول المباشر. إن خلية الوقود الميثانول DMFC رخيصة� سهلة الاستعمال� لا تحتاج لمكيف ضغط لغاز الهيدروجين كما أنها توفر أداء كهروكيمياوي جيد إلى حدّ معقول. إن الأنظمة الحالية توفر قدرة بحدود 900Wh وكثافة طاقية بحدود 102Wh/L� ولكن أبعادها الحجمية مازالت كبيرة مقارنة مع بطاريات الليثيوم-أيون. إن عملية الشحن بسيطة وهي عبارة عن استبدال الخرطوشة بأخرى بسرعة كبيرة� وهذا يؤمن إمداداً مستمراً بالطاقة� مشابهاً لتعبئة السيارة بالوقود. الشكل 1.7 يبين خلية وقود صغيرة من إنتاج شركة TOSHIBA� والمعرفة أيضاً بخلية الوقود الميكروية� الشكل 2.7 يبين عملية الشحن بالميثانول النقي.

إن التحسينات في خلايا الوقود خلال العشر أعوام المنصرمة كان معتدلاً بعض الشيء. فمحاولات الإنتاج على نطاق واسع باءت بالفشل� وذلك على الرغم من أن الشركات العامة الأربعة لخلايا الوقود في أمريكا الشمالية رفعت قيمة أسهمها العامة بحدود بليون دولار خلال الفترة ما بين 1999 و2001. واليوم فإن 45% من قيمة أسهم الشركات الأربع قد فقدت.

الجدول 5.7 يصف التطبيقات ويلخص الفوائد والمحدوديات لخلايا الوقود الشائعة. كما يتضمن الجدول خلايا الوقود الكربون المائع "المذاب" "MCFC" وخلايا الوقود الحمضية الفوسفورية "PAFC".

إن التطويرات ما زالت مستمرة في خلايا الوقود ولكن النتائج أبطئ مع التقنيات الأخرى. بالنهاية� ستجد خلايا الوقود أسواق تخصصية مهمة تستوطنها خارج مجال تلوث محركات الاحتراق الداخلية. وفي حال حدوث اختراق ما في هذا المجال� ستحل خلايا الوقود كمصدر آخر للقدرة� وبالتالي سيكون البيئة أكثر حيوية وتفاعلاً مع هذه التقنيات.

الخاتمة (Conclusion):

في نهاية هذا الكتاب فلا بد من الاعتراف بحقيقة تتجلى بالتطور الهائل الحاصل في تقنيات البطاريات� وحيث أننالم نستطع الإلمام بجميع مناحي البطاريات فإننا استطعنا التفصيل ولو بشكل متوسط في أهم تقنيات البطاريات المستخدمة اليوم� ونأمل أن يكون هذا الكتاب هو مفتاح الوصول نحو معرفة كل شيءعن البطاريات� وأن يكون زاداً للقارئ العربي أولاً وأخيراً كي يستطيع الإلمام بمجمل الأمور الهامة والعامة عن البطاريات والله ولي التوفيق.

المصدر: هنا

مصدر الصورة: هنا