ماذا لو كانت البطاريات تدوم إلى الأبد؟ وجد فريق بحث بقيادة أحد مستشاري شركة تسلا أن بطاريات الليثيوم أيون العادية لا تزال تحتفظ بأكثر من 80% من سعتها بعد شحنها وتفريغها أكثر من 20 ألف مرة. ويعادل ذلك حوالي 7 ملايين ميل من القيادة، أو ما يقرب من 500 عام من عمر الخدمة في سيناريوهات الاستخدام النموذجي للمركبة. في الواقع، هذه البطاريات لا تنفد أبدًا.
مختبر جيف دان في جامعة دالهوزي.
هل هناك أي مخاطر خفية؟ وقال جيف دان، الأستاذ الفخري في جامعة دالهوزي في نوفا سكوتيا بكندا، إنه لا توجد في الأساس أي عيوب واضحة. وقاد فريقًا من الباحثين في مرحلة الدكتوراه وما بعد الدكتوراه لاستكمال أبحاث البطاريات طويلة العمر، وتم نشر الورقة ذات الصلة في مجلة الجمعية الكهروكيميائية الأسبوع الماضي. دان هو أيضًا مستشار البطارية الأساسية لشركة Tesla، الممول الرئيسي لمختبر جامعة دالهوزي.
وقال دان إن مثل هذه البطاريات لا تتطلب سوى "استخدامًا معتدلًا"، حيث يتم الاحتفاظ بها في درجة حرارة أقل من 80 درجة فهرنهايت عبر نظام تبريد؛ يتم شحنها فقط إلى حوالي 70 بالمائة من سعتها قبل الرحلات الطويلة؛ وعادةً في وضع الشحن البطيء، استغرقت بطارية الدراسة حوالي ثلاث ساعات ليتم شحنها بالكامل.
بمجرد القيام بذلك، قد يكون لديك بطارية دائمة تقريبًا. وقال دان: "إنه أمر لا يصدق، إنه جنون". "تشير البيانات إلى أن هذه البطاريات متينة بشكل لا يصدق. ونحن الآن نقوم بـ 12 دورة شحن وتفريغ يوميًا لمدة ثماني سنوات، وهو أمر لا يصدق".
لا يزال لدى مصنعي السيارات الكهربائية تحفظات بشأن هذا الأمر. تقدم الصناعة عادةً ضمانًا لمدة 8 سنوات أو 150 ألف ميل على بطاريات المركبات. إذا تم تأكيد النتائج التي توصل إليها دان، فهذا يعني أن شروط الضمان الحالية بعيدة كل البعد عن أن تعكس العمر الحقيقي للبطاريات. تلعب البطاريات بالفعل دورًا مهمًا في التخطيط لتوسيع شبكة الطاقة، وسيزداد هذا الدور بشكل كبير في المستقبل.
يمكن لشركات الطاقة استخدام البطاريات في السيارات الكهربائية لتلبية الطلب على الشبكة خلال فترات ذروة استهلاك الطاقة. عندما تصل السيارة الكهربائية إلى نهاية عمر الخدمة، يمكن إزالة البطارية وتحميلها في حاوية كبيرة لتوفير طاقة احتياطية طويلة الأمد لمركز البيانات، مما يؤدي إلى عمر خدمة طويل ثانٍ.
تستخدم البطارية التي طورتها شركة Dahn نظام مواد ثلاثي من النيكل والمنغنيز والكوبالت (NMC). تقدم هذه الورقة دحضًا تخريبيًا لبطارية ليثيوم فوسفات الحديد (LFP) المشهورة حاليًا. تفضل شركات السيارات الصينية بطاريات LFP، حيث تمثل أكثر من نصف السيارات الكهربائية المثبتة في العالم، وهي تقريبًا الخيار الوحيد لمراكز بيانات الذكاء الاصطناعي وشبكات الطاقة وتخزين الطاقة المنزلية. على الرغم من أن شركات السيارات الغربية تستخدم في الغالب بطاريات NMC ذات الأداء الأقوى، إلا أنها تتجه بشكل متزايد إلى طريق LFP.
تحظى LFP بتقدير كبير لأن تكلفتها أقل عمومًا من NMC، وأداءها في درجات الحرارة المنخفضة أفضل، ولا تحتوي على النيكل والكوبالت، ولديها اختناقات أقل في سلسلة التوريد. يعتقد قدامى المحاربين في الصناعة أيضًا بشكل عام أن عمر دورة تفريغ الشحنة لـ LFP أعلى بكثير من عمر دورة NMC.
لكن دان يشير إلى أن هذا الادعاء حول دورة الحياة غير صحيح: فبطاريات NMC لها في الواقع دورة حياة أطول.
يمكن القول إن لدان مصلحة شخصية في هذا الجدل، فهو أحد المخترعين المشاركين لتقنية NMC. ومع ذلك، قال أيضًا إن جامعة دالهاوسي لديها معمل بطاريات يضم 40 شخصًا. في ضوء المجموعة الواسعة من تطبيقات LFP، يعمل الفريق أيضًا على تحسين أدائه بشكل متزامن.
يعود تاريخ أبحاث دان حول بطاريات NMC طويلة العمر إلى عام 2019 على الأقل، عندما أثار ضجة في الصناعة من خلال نشر ورقة بحثية تعلن عن تطوير بطارية يمكن أن تدوم حتى مليون ميل. تشير العناوين الرئيسية في وسائل الإعلام الرئيسية، بما في ذلك صفحتي، إلى أن "عصر السيارات الكهربائية التي تقطع مليون ميل قادم".
والاختراق الجديد هذه المرة هو أن بعض البطاريات تعمل بشكل متواصل لمدة 6 أو 7 أو حتى 8 سنوات، ولا يزال أدائها قيد التحقق.
نشأت فكرة توصيل بطاريات السيارات الكهربائية بالشبكة من بحث قدمه البروفيسور ويليت كمبتون في جامعة ديلاوير عام 1997. وأشار إلى أن 200 مليون مركبة في الولايات المتحدة تظل خاملة بنسبة 95 في المائة من الوقت، مع إهدار الكثير من قيمتها. كتب كمبتون أنه بمجرد أن تصبح السيارات الكهربائية شائعة، يجب على شركات الطاقة الاستفادة من تخزين الطاقة على متنها.
تطورت هذه الفكرة فيما بعد إلى محطة الطاقة الافتراضية. يمكن لشركات الطاقة الاستفادة من بطاريات السيارات والمنزل أثناء ذروة الشبكة أو الطقس القاسي. وقالت منظمة أبحاث الطاقة المتجددة بلومبرج نيو إنيرجي فاينانس إنه تم تنفيذ مشاريع تجريبية ذات صلة في كاليفورنيا والمملكة المتحدة والصين.
لكن النقطة الشائكة الأساسية في كل الخطط كانت دائما هي: ما إذا كان عدد كبير من مالكي السيارات الكهربائية على استعداد للمشاركة. بعد كل شيء، لا أحد يريد أن يستهلك أغلى عنصر في سيارته – البطارية. بمجرد تلف البطارية، يمكن أن تصل تكاليف الاستبدال إلى آلاف الدولارات.
وقال دان إن الأبحاث التي أجرتها جامعة دالهوزي تظهر أنه حتى لو قام أصحاب السيارات الكهربائية بتوصيل سياراتهم بالشبكة كل يوم، فإن سعة البطارية لن تتدهور إلا بصعوبة.
وفي تجربة تجريبية أجريت في مدينة أوتريخت الهولندية، وجدت وحدة Ampere التابعة لشركة Renault أنه حتى المستخدمين الذين تفاعلوا بشكل متكرر مع شبكة السيارة استهلكوا الحد الأدنى من سعة البطارية. وحسبت Anpei إجمالي كمية مستخدمي الكهرباء الذين يتم إرسالهم إلى الشبكة يوميًا خلال ستة أشهر، وهو ما يعادل فقط شحن البطارية بالكامل وتفريغها 20 مرة.
إذا كانت تجربة أوتريخت تعكس عادات الاستخدام الحقيقية لأصحاب السيارات، فإن عمر هذه البطاريات قد يكون أطول من دورة حياة نظام شبكة الطاقة نفسها.
لا تزال هناك بعض مشكلات الصيانة: إلكتروليتات البطارية - السائل الذي ينقل أيونات الليثيوم بين الأقطاب الكهربائية عند الشحن والتفريغ - يمكن أن تجف أو تتسرب بمرور الوقت. يوصي مؤلفو الورقة باستخدام البطاريات المعدنية الأسطوانية أو المنشورية، والتي تكون أقل عرضة للتسرب من بطاريات الحقيبة.
وقال ماكس ريد، محلل البطاريات في معهد أبحاث الطاقة CRU Group، إن فريق البحث قام أيضًا بحقن كميات أعلى بكثير من الإلكتروليت في البطارية مقارنة بالمستخدمة تقليديًا.
لا يزال المختبر يختبر ثلاث خلايا NMC منفصلة. قام فريق دان بشحنه وتفريغه حوالي ثماني مرات يوميًا لمدة 7.5 سنوات. خلال هذا الوقت، لا تزال البطارية تحتفظ بما يصل إلى 87% من سعتها الأصلية. وتتنبأ الورقة بسنتين ونصف أخرى من الاستخدام قبل أن تنخفض السعة إلى 80%، وهو معيار نهاية العمر الافتراضي للصناعة.
وبحلول ذلك الوقت، سيكون عدد الشحنات والتفريغات يعادل قيادة 9.6 مليون ميل، وهو ما يكفي لمدة 685 عامًا من الاستخدام العادي.
"في التحليل النهائي، يتمتع هذا النوع من البطاريات بعمر طويل. وإذا لم يتم استخدامه للتفاعل مع شبكة السيارة والاستخدام الثانوي، فسيكون ذلك مضيعة للقيمة." قال دهن.