تتطلّب ثورة الطاقة النظيفة الكثير من البطاريات، وبينما يهيمن الليثيوم أيون اليوم، فإن العلماء يبحثون عن مواد أفضل.
ولطالما اتخذت بطاريات الليثيوم أيون مكانًا في منازلنا، فهي مخفيّة في هاتفك وجهاز حاسوبك المحمول، ولكنها قد تكمن أيضًا في فرشاة أسنانك الكهربائية أو دراجتك.
وتعدّ بطاريات الليثيوم أيون الأكبر حجمًا أمرًا حيويًّا للسيارات الكهربائية، ويتم أيضًا نشر هذه البطاريات الضخمة على شبكة الطاقة لتوليد الكهرباء.
وتلعب بطاريات الليثيوم أيون أيضًا دورًا كبيرًا في التحوّل بعيدًا عن الوقود الأحفوري، وهو السبب الرئيس لتغير المناخ.
تعمل بطاريات الليثيوم أيون على تزويد حياتنا بالطاقة، ويتزايد الطلب عليها أكثر فأكثر كل عام. وما يجعل هذه البطاريات رائعة جدًّا هو أنه يمكنها تخزين طاقة كثيفة، وتتمتّع بعدد دورات شحن عالية، وتكلفتها مقبولة.
وعلى الرغم من كل ذلك، إلا أن هناك بعض المشكلات المتعلّقة باعتماد هذه البطاريات على نطاق واسع؛ وأكبر مشكلة تتعلق بالسلامة مع بطاريات الليثيوم أيون حتى الآن هي خطر اشتعال النيران فيها، إذ تعتمد بطاريات الليثيوم أيون على محلول إلكتروليت سائل لشحن البطارية وتفريغها بشكل صحيح، والمشكلة هي أن هذا المحلول قابل للاشتعال.
كذلك، لا تتعامل بطاريات الليثيوم أيون بشكل جيد مع الحرارة. وإذا بدأت خلية البطارية في السخونة الزائدة، سيتراكم الضغط داخلها، ويفتح منفذ تحرير الضغط لمنعها من الانفجار. ومع ذلك، فإن ما يتم إطلاقه هو بخار غاز يمكن أن يشتعل بسرعة، ويمكن أن ينتشر هذا إلى خلايا البطارية الأخرى، ويشكّل تفاعلًا متسلسلًا.
يحمل الليثيوم بعض السلبيات على البيئة والمناطق التي يُستخرج منها، ويرجع ذلك أساسًا إلى موارد المياه والطاقة اللازمة أثناء العملية.
ويُستخرج كثير من إمدادات الليثيوم في العالم من تشيلي وأستراليا على سبيل المثال. وبطريقة ما، يلوّث تعدين الليثيوم الهواء والماء؛ لأن معظم المعدات اللازمة لتشغيل مناجم الليثيوم تعمل بالوقود الأحفوري.
وهنا لا بد من الإشارة إلى أن هناك معادن أخرى في بطاريات الليثيوم، بحيث قد يتم استخدام النيكل والكوبالت على وجه الخصوص في العديد من هذه البطاريات، وخاصة تلك الموجودة في السيارات الكهربائية.
لن تنتهي بطاريات الليثيوم أيون في وقت قريب، على الأقل خلال العقد القادم، فتطوير كيمياء جديدة ليس بالأمر السهل، ومن الصعب التنافس مع الليثيوم، لكن الخبر السار هو أن العلماء بدؤوا في استكشاف بديل جديد واعد، وهو بطاريات أيونات الصوديوم، إلا أن هذا الأمر يأتي مع مجموعة التحديات الخاصة به.
وبالمقارنة مع الليثيوم، فالصوديوم أكثر وفرة وأرخص بكثير.
كذلك، يفتح أيون الصوديوم أيضًا فرصًا جديدة للعلماء لتجربة عناصر ومواد جديدة لا تتوافق بشكل جيد مع الليثيوم؛ ما يسمح بزيادة محتوى المنغنيز والحديد في كاثود البطارية، وكلاهما أرخص وأكثر استدامة من النيكل والكوبالت المستخدم في بطاريات الليثيوم.
وفي حين أن الإصدار الحالي من تكنولوجيا بطاريات أيونات الصوديوم لا يزال لديه المخاوف نفسها المتعلقة بالسلامة كما في بطاريات الليثيوم، لكن كيمياء الصوديوم تسمح بتطوير إلكتروليتات جديدة غير قابلة للاشتعال.
ويبقى أكبر جانب سلبي يواجه بطاريات الصوديوم هو انخفاض كثافة الطاقة والوزن؛ فالصوديوم أكبر وأثقل، ولا يمكنه منافسة كثافة طاقة أيون الليثيوم حتى الآن.
وإذا أردنا استخدام بطاريات أيونات الصوديوم في السيارات الكهربائية، فإن انخفاض كثافة الطاقة والوزن الإضافي لهذه البطاريات يعني نطاق قيادة أقصر.
كذلك، إن عمر دورة بطاريات أيون الصوديوم أقل أيضًا من عمر بطاريات الليثيوم أيون، ويحدث التدهور في بطاريات أيون الصوديوم بسرعة أكبر. وبعبارة أخرى، فإن عمر بطاريات أيونات الصوديوم أقصر بشكل ملحوظ من عمر بطاريات الليثيوم.
وفي حالتها الحالية، تتمتع بطاريات أيونات الصوديوم بتطبيقات محدودة، ولا يزال أمامها طريق طويل قبل أن تصل إلى السوق الشامل. ومع ذلك، سيستمر العلماء في استكشاف المزيد من الإمكانيات الجديدة التي يمكن أن يجلبها الصوديوم.
