بطاريات أيون الصوديوم: هل يمكنها أن تحل محل الليثيوم؟

يُغذّي التوجه العالمي نحو تقنيات بطاريات أكثر استدامةً وفعاليةً من حيث التكلفة اهتمامًا متزايدًا ببطاريات أيونات الصوديوم (Na-ion). بفضل وفرة المواد الخام والأداء الواعد لتطبيقات مُحددة، قد تُكمّل بطاريات الصوديوم بطاريات أيونات الليثيوم، أو حتى تحل محلها جزئيًا، في المستقبل القريب.

لماذا بطاريات أيون الصوديوم؟

تُهيمن بطاريات أيونات الليثيوم على سوق اليوم، إلا أنها تعتمد على مواد نادرة وباهظة الثمن مثل الليثيوم والكوبالت والنيكل. أما الصوديوم، فهو أكثر وفرة وأقل تكلفة. هذه الوفرة تجعل بطاريات أيونات الصوديوم جذابة بشكل خاص للتطبيقات واسعة النطاق، مثل التخزين الثابت والمركبات الكهربائية الأساسية.

التطورات الأخيرة

في عام 2023، شركة صينية كبرى لتصنيع البطاريات كاتل قدَّم ناكسترا، علامتها التجارية لبطاريات أيونات الصوديوم. يمكن شحن البطارية إلى 80% في 15 دقيقة فقط في درجة حرارة الغرفة، وتحافظ على أداء ممتاز في بيئات منخفضة الحرارة. كما تعمل شركات أخرى، مثل HiNa Battery وFarasis Energy، بنشاط على تطوير تقنية أيونات الصوديوم.

الصوديوم مقابل الليثيوم: الاختلافات الرئيسية

ميزة	أيون الصوديوم	ليثيوم أيون
توفر المواد الخام	وفيرة، منخفضة التكلفة	نادرة، أغلى ثمناً
كثافة الطاقة	أقل (~140 واط/كجم)	أعلى (~250 واط/كجم)
يكلف	~30% أرخص	أعلى بسبب الليثيوم والكوبالت
الأداء في درجات الحرارة المنخفضة	أداء أفضل	قد تتدهور بشكل كبير
التوفر التجاري	الاستخدام الناشئ والمحدود	تم اعتماده على نطاق واسع

الشركات المصنعة لبطاريات أيون الصوديوم

تستثمر العديد من شركات ومصنّعي البطاريات المبتكرة بكثافة في تقنية بطاريات أيونات الصوديوم. وفيما يلي بعض أبرز الجهات الرائدة في تطوير هذه البطاريات وتسويقها:

• شركة كاتل (شركة أمبيركس للتكنولوجيا المعاصرة المحدودة) – قدمت شركة البطاريات الصينية العملاقة منتجها ناكسترا بطارية أيون الصوديوم، تستهدف أسواق السيارات الكهربائية وتخزين الطاقة. ومن المتوقع إنتاجها بكميات كبيرة قريبًا.
• بطارية هينا - رائدة في تكنولوجيا بطاريات أيون الصوديوم ومقرها الصين، مع التركيز على التطبيقات التجارية للدراجات ذات العجلتين والحافلات الكهربائية وأنظمة التخزين.
• فاراديون - شركة مقرها المملكة المتحدة استحوذت عليها شركة ريلاينس إندستريز، وهي متخصصة في كيمياء أيونات الصوديوم غير المائية وتهدف إلى قطاعات النقل والمواصلات.
• ألتريس - شركة سويدية ناشئة تعمل على تطوير بطاريات أيون الصوديوم المبتكرة باستخدام الحديد والمنجنيز، والمصممة للاستدامة وتخزين الشبكة.
• تيامات - شركة فرنسية تركز على خلايا أيونات الصوديوم عالية الطاقة، وهي مناسبة بشكل خاص لتطبيقات الشحن السريع والأدوات الصناعية.

الجدول الزمني لتصنيع بطاريات أيونات الصوديوم

بطاريات أيونات الصوديوم وتبدو الحلول القائمة على تكنولوجيا النانو واعدة، وخاصة في أنظمة تخزين الطاقة، ولكن طريقها إلى التطبيق على نطاق واسع لا يزال يواجه عقبات تقنية وتصنيعية.

الأداء ودورة الحياة

أحد التحديات الأساسية يكمن في تحسين دورة الحياة. وقد أظهرت بطاريات أيونات الصوديوم الحالية ما يصل إلى 5000 دورة شحن وتفريغوهو أمر مثير للإعجاب ولكنه لا يزال متأخرًا عن التجارة فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO₄) البطاريات التي تحقق عادة 8000-10000 دورةلكي تلعب بطاريات أيون الصوديوم دورًا رئيسيًا في تخزين الطاقة على المدى الطويل، فإن المزيد من التحسين في المتانة والموثوقية أمر ضروري.

توافق السلسلة الصناعية

على الجانب الإيجابي، عملية تصنيع بطاريات أيونات الصوديوم متوافق إلى حد كبير مع البنية التحتية الحالية لبطاريات الليثيوم أيون. يمكن إعادة استخدام معظم المعدات وخطوات الإنتاج - مثل طلاء الأقطاب الكهربائية، وتجميع الخلايا، وتكوينها - مع تغييرات طفيفة. يسمح هذا التوافق بتوسيع السعة بسرعة نسبية.

ومع ذلك، فإن المواد الخام الرئيسية مثل الأنود، الكاثود، الفاصل، المنحل بالكهرباء، وجامع التيار تعتمد على كيمياء مختلفة، ويجب إعادة تصميمها لتناسب أنظمة أيونات الصوديوم. وهذا يستلزم تطوير سلسلة توريد المواد الجديدة، والتي قد تستغرق بعض الوقت حتى تنضج.

الإنتاج الضخم والقدرة التنافسية من حيث التكلفة

كما هو الحال مع أي تقنية ناشئة، يجب على بطاريات أيونات الصوديوم التغلب على اختناقات الإنتاج في مراحلها المبكرة. الصوديوم أكثر وفرة وأرخص من الليثيوم، التكلفة الإجمالية سوف تنخفض بشكل كبير مرة واحدة فقط إنتاج متسلسل يصبح مستقرا و سلاسل التوريد حتى ذلك الحين، قد تظل بطاريات الليثيوم متفوقة من حيث السعر والأداء في العديد من التطبيقات.

التطبيقات المحتملة لبطاريات أيونات الصوديوم

تُعدّ بطاريات أيونات الصوديوم، بفضل فعاليتها من حيث التكلفة وميزات السلامة المُحسّنة، واعدةً جدًا في تطبيقات مُختلفة قد لا تكون فيها بطاريات أيونات الليثيوم مثالية. وتُستخدم حدود كثافة طاقتها المنخفضة في المركبات الكهربائية عالية الأداء، لكنها تتفوق في مجالات مثل أنظمة تخزين الطاقة واسعة النطاق، ومصادر الطاقة الاحتياطية، والمركبات الكهربائية متوسطة السرعة.

من المجالات الواعدة بشكل خاص أنظمة إمداد الطاقة غير المنقطعة، حيث يُعدّ وجود بطارية احتياطية موثوقة وآمنة أمرًا بالغ الأهمية. يمكن أن تُشكّل بطاريات أيونات الصوديوم بديلاً اقتصاديًا وأكثر أمانًا في بطارية مصدر الطاقة غير المنقطعة التطبيقات، التي تساعد على حماية الأجهزة الإلكترونية الحساسة ومراكز البيانات من انقطاع التيار الكهربائي دون المخاطر المرتبطة بالاندفاع الحراري لبطارية الليثيوم.

وتشمل التطبيقات الأخرى تخزين الطاقة المتجددة، وتثبيت الشبكة، والاستخدام في حلول الطاقة خارج الشبكة، حيث يتم إعطاء الأولوية للتكلفة والسلامة على كثافة الطاقة العالية.

التطبيقات و Outlook

من غير المرجح أن تحل بطاريات أيونات الصوديوم محل بطاريات أيونات الليثيوم في جميع القطاعات نظرًا لانخفاض كثافتها الطاقية. ومع ذلك، فهي تُوفر خيارًا اقتصاديًا ومستدامًا لأنظمة تخزين الطاقة، والدراجات الكهربائية، والمركبات الكهربائية ذات العجلتين والثلاث عجل، والمركبات الكهربائية الاقتصادية. ومع توسع الإنتاج وتطور التكنولوجيا، من المرجح أن تلعب بطاريات أيونات الصوديوم دورًا هامًا في سوق تخزين الطاقة المتنوع.