خط إنتاج بطاريات أمريكي جديد يَعِد بتخزين طاقة أكثر أماناً وأقل تكلفة للشبكة الكهربائية

رهان أمريكي على بطاريات أرخص وأكثر أماناً

ماذا لو كان شكل البطارية نفسه هو ما يفصل بين تخزين طاقة آمن ومنخفض الكلفة وآخر مكلف ومعرض لمخاطر الحرارة؟ هذا بالضبط ما تراهن عليه الولايات المتحدة بعد إطلاق خط إنتاج بطاريات جديد يُتوقع أن يساعد الباحثين على تطوير تقنيات تخزين طاقة أكثر أماناً وأقل تكلفة مخصصة للشبكة الكهربائية.

يقع الخط داخل منصة Grid Storage Launchpad (GSL), وهي منشأة بحثية تمتد على مساحة 93,000 قدم مربع, ويديرها مختبر الشمال الغربي الهادئ الوطني (PNNL) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (DOE) في مدينة ريتشلاند بولاية واشنطن. وبحسب المختبر, يضم الخط المُشغَّل حديثاً 16 قطعة من المعدات داخل مختبر مساحته 1400 قدم مربع.

تشير بيانات المنشأة إلى أن هذا الخط هو الأول من نوعه لإنتاج خلايا البطاريات المنشورية (prismatic) في مختبر وطني أمريكي. ويتيح ذلك للباحثين تصنيع التصاميم المتقدمة للبطاريات واختبارها والتحقق من صحتها على نطاق قريب من المستوى الصناعي. يقول آدم جيفيليكاس, مدير عمليات GSL: "هذا يساعد باحثينا على ردم الفجوة بين العلم والصناعة".

لماذا الشكل المنشوري؟

سينتج الخط خلايا منشورية مستطيلة الشكل, أكبر حجماً من الخلايا الأسطوانية, وتشبه في هيئتها بطارية الجهد تسعة فولت (9V). هذا التصميم يمنح كل خلية قدرة على تخزين طاقة أكبر, بينما يجعل غلافها المعدني الأثقل أقل عرضة لارتفاع درجات الحرارة, وهي ميزة رفعت من شعبيتها في تخزين الطاقة على الشبكة.

يوضح مارك ويلر, عالِم المواد والباحث الرئيسي في المشروع, أن المعدن ينقل الحرارة بكفاءة تفوق معظم المواد الأخرى, ما يسمح لهذه البطاريات بالتبريد بسهولة أكبر. ويضيف: "كلما تحسّن نقل الحرارة, وزادت التجانس الميكانيكي للخلايا, وكان رصّها أكثر كفاءة, انعكس ذلك ليس فقط على أمان أعلى, بل على كلفة أقل".

الشكل المستطيل يعني إمكانية رصّ الخلايا بإحكام فوق بعضها, ما يقلّص المساحات المهدورة مقارنة بالبدائل الأسطوانية, ويرفع كثافة الطاقة على مستوى الحزمة بأكملها.

ويرى جيفيليكاس أن المنشأة ستسرّع الانتقال من مرحلة البحث إلى مرحلة الإنتاج, إذ يمكنها مساعدة الباحثين الخارجيين أو شركاء الصناعة على اختبار تصاميم خلاياهم المنشورية والتحقق منها.

بيئة أكثر جفافاً من أكثر بقاع الأرض جفافاً

تقع المنشأة داخل مختبر جاف متخصص, حيث تُبقى مستويات الرطوبة أدنى مما تشهده بعض أكثر الأماكن جفافاً على كوكب الأرض. الحفاظ على هذه الظروف أمر بالغ الأهمية, لأن آثاراً ضئيلة من الرطوبة كفيلة بإتلاف مكونات البطارية الحساسة. وقد أنهت المنشأة مرحلة الاختبار في وقت سابق من هذا العام, ويستعد العلماء الآن لمشاريع تحقق تهدف إلى إثبات قدراتها.

يشدد ويلر على أن الاختبار الحقيقي يكمن في إثبات القدرة على تصنيع خلايا منشورية عالية الجودة بشكل متسق. ويشرح: "صناعة خلية قرصية صغيرة تتطلب بضعة ملّيغرامات من المواد, أما الخلية المنشورية فتحتاج إلى كيلوغرام واحد على الأقل. عند التوسع بهذا الشكل, لا يمكنك افتراض أن كيمياء نجحت في خلية قرصية ستنجح بالكفاءة نفسها في خلية منشورية".

ما الذي يعنيه هذا للمستثمرين وأسواق الطاقة

لإثبات الجدوى, سيُنتج الفريق البحثي ويقيّم كيميائيتَي بطاريات واعدتين للاستخدام في الخلايا المنشورية, هما أيون الصوديوم (sodium-ion) وفوسفات الحديد والليثيوم (LFP), قبل إخضاعهما لسلسلة اختبارات لتقييم الأداء والأمان.

تكشف توجهات الاستثمار الصناعي أن هذا التحرك يعزز سلاسل التوريد المحلية لتخزين الطاقة, ويقلّص الاعتماد على الكيميائيات الأغلى ثمناً المعتمدة على النيكل والكوبالت. ويستحق المستثمرون متابعة عدة مسارات مرتبطة:

• قطاع المرافق الكهربائية: أي خفض في كلفة التخزين الشبكي يحسّن اقتصاديات دمج الطاقة المتجددة.
• كيمياء LFP والصوديوم: رابحان محتملان على حساب التركيبات التقليدية الأعلى كلفة.
• سلاسل التوريد المعدنية: تراجع محتمل للطلب على الكوبالت والنيكل مقابل الليثيوم والحديد.
• مصنّعو معدات التخزين: فرصة لاختبار تصاميمهم على نطاق تجريبي يصعب على الشركات تبريره داخلياً.

  يختم ويلر بأن هذه القدرة تتيح إجراء البحث والتطوير والاختبارات التجريبية التي يصعب على الشركات تبرير كلفتها بمفردها, ما يسهّل تسليماً أكثر سلاسة لإيصال مفاهيم البطاريات المتقدمة إلى السوق. باختصار, الرهان ليس على بطارية واحدة, بل على بنية تحتية بحثية قد تعيد رسم اقتصاديات تخزين الطاقة في العقد المقبل.