بطارية الغد الخارقة للسيارات الكهربائية .. مصنوعة من الصخور

خلال العقد القادم، قد تشهد صناعة السيارات الكهربائية تحولًا جذريًا بفضل ظهور بطاريات الحالة الصلبة المصنوعة من سيليكات الصخور، والتي يُتوقع أن تحل محل بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، وقد نجح باحثون في جامعة دلهي للتكنولوجيا في تطوير مادة مبتكرة قائمة على سيليكات البوتاسيوم، وهي مادة متوفرة بكثرة في قشرة الأرض، وحصلوا على براءة اختراع لها.
تُعد بطارية السيارة الكهربائية العامل الرئيسي الذي يحدد مدى المسافة التي يمكن قطعها بشحنة واحدة، بالإضافة إلى سرعة إعادة الشحن، غير أن بطاريات الليثيوم أيون، التي تُستخدم على نطاق واسع حاليًا، تواجه تحديات كبيرة تتعلق بالسعة، والأمان، والتكلفة، والتأثير البيئي. فالليثيوم مادة باهظة الثمن ونادرة، كما أن استخراجها ومعالجتها يسبب أضرارًا بيئية كبيرة.
مع تزايد الاعتماد على السيارات الكهربائية، أصبح تطوير بطاريات جديدة أكثر كفاءة وأقل تكلفة وأكثر صداقة للبيئة أمرًا ملحًا، وهذا يتطلب ابتكار مواد جديدة للمكونات الأساسية للبطارية، مثل الأنود والكاثود والإلكتروليت، بالإضافة إلى تحسين تصميمات البطاريات نفسها، وهذا المجال البحثي يجذب اهتمام العلماء حول العالم، حيث يمكن أن يؤدي إلى تقليل انبعاثات الكربون في قطاع النقل بشكل كبير.
في جامعة دلهي للتكنولوجيا، قام الباحث محمد خوشكالام بتطوير مادة جديدة تعتمد على سيليكات البوتاسيوم والصوديوم، وهي مواد متوفرة بكثرة في الصخور العادية.
تتميز هذه المادة بأنها غير حساسة للهواء والرطوبة، ما يجعلها مثالية للاستخدام في البطاريات. كما يمكن تشكيلها في طبقات رقيقة تشبه الورق، مما يسهل دمجها في تصميمات البطاريات.
تتمتع المادة الجديدة بالقدرة على توصيل الأيونات عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى حوالي 40 درجة مئوية، مما يجعل عملية تصنيع البطاريات أكثر أمانًا وأقل تكلفة. بالإضافة إلى ذلك، لا تحتاج هذه المادة إلى إضافة معادن باهظة الثمن مثل الكوبالت، الذي يُستخدم حاليًا في بطاريات الليثيوم أيون لتعزيز السعة وعمر البطارية.
يقول محمد خوشكالام: "لطالما كانت سيليكات البوتاسيوم معروفة بإمكانياتها كإلكتروليت في الحالة الصلبة، لكن التحديات المتعلقة بوزن وحجم أيونات البوتاسيوم جعلتها تُهمل. ومع ذلك، تمكنّا من تطوير وصفة تجعل هذه الأيونات تتحرك بشكل أسرع، مما يعزز كفاءة البطارية".
دور الإلكتروليت في البطاريات
الإلكتروليت هو المكون الرئيسي الذي يسمح للأيونات بالتحرك بين الأنود والكاثود، ما يحافظ على تدفق التيار الكهربائي أثناء شحن البطارية وتفريغها. في البطاريات الجديدة، يتم استخدام إلكتروليت الحالة الصلبة، الذي يعتمد على سيليكات البوتاسيوم، بدلًا من الإلكتروليت السائل المستخدم في بطاريات الليثيوم أيون التقليدية. وعلى الرغم من أن أيونات البوتاسيوم أكبر حجمًا وأثقل وزنًا، إلا أن المادة الجديدة تسمح لها بالتحرك بسرعة أكبر مقارنة بأيونات الليثيوم.
تحديات مستقبلية
على الرغم من الإمكانات الكبيرة لهذه التكنولوجيا، إلا أن هناك العديد من التحديات التي يجب التغلب عليها قبل أن تصبح البطاريات الجديدة جاهزة للاستخدام التجاري. فالتكنولوجيا تعمل بشكل جيد في المختبر، لكن توسيع نطاق الإنتاج لا يزال أمرًا معقدًا ومكلفًا. بالإضافة إلى ذلك، يجب تطوير طرق جديدة لإنتاج البطاريات وإغلاقها بشكل آمن لضمان عدم انكسار الطبقات الرقيقة داخل الخلية.
يعتقد الباحثون أن بطاريات الحالة الصلبة هي المستقبل للسيارات الكهربائية، حيث ستوفر كفاءة أعلى، وسرعة شحن أكبر، وأمانًا أفضل. ومع ذلك، قد يستغرق الأمر نحو 10 سنوات قبل أن نرى هذه البطاريات في السوق. وفي الوقت الحالي، يعمل محمد خوشكالام وفريقه على تطوير نموذج أولي للبطارية الجديدة، والذي من المتوقع أن يكون جاهزًا خلال عام إلى عامين.
تُمثل بطاريات الحالة الصلبة القائمة على سيليكات الصخور خطوة مهمة نحو مستقبل أكثر استدامة للسيارات الكهربائية. وعلى الرغم من التحديات الفنية والتجارية، فإن الابتكارات مثل تلك التي قدمها محمد خوشكالام تفتح آفاقًا جديدة لتطوير بطاريات أكثر كفاءة وأقل تكلفة وأكثر صداقة للبيئة.

جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا

اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:

التعلم مع الذكاء الاصطناعيالتحقق من الحقائقتحويل النص إلى كلامملخص الذكاء الاصطناعي

أخبار ذات صلة

العين الإخبارية

منذ يوم واحد

• العين الإخبارية

معادن نادرة وهيمنة ناعمة.. الغرب في سباق لفك قبضة الصين

مع إحكام الصين قبضتها على الإمدادات العالمية من المعادن الرئيسية، يعمل الغرب على تقليل اعتماده على المعادن الأرضية النادرة الصينية. ويشمل ذلك إيجاد مصادر بديلة للمعادن الأرضية النادرة، وتطوير تقنيات لتقليل الاعتماد عليها، واستعادة المخزونات الحالية من خلال إعادة تدوير المنتجات التي شارفت على انتهاء صلاحيتها. وصرحت شركة أليكس بارتنرز الاستشارية لشبكة سي إن بي سي، "لا يُمكن تصنيع سيارة حديثة بدون معادن أرضية نادرة"، مشيرةً إلى كيف أصبحت الشركات الصينية تهيمن على سلسلة توريد هذه المعادن. وفي سبتمبر/أيلول 2024، استثمرت وزارة الدفاع الأمريكية 4.2 مليون دولار في شركة "أملاح المعادن الأرضية النادرة"، وهي شركة ناشئة تهدف إلى استخراج الأكاسيد من المنتجات المحلية المُعاد تدويرها مثل مصابيح الفلورسنت. كما استثمرت شركة تويوتا اليابانية في تقنيات لتقليل استخدام العناصر الأرضية النادرة. ووفقًا لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية، سيطرت الصين على 69% من إنتاج مناجم المعادن الأرضية النادرة في عام 2024، وما يقرب من نصف احتياطيات العالم. ويقدر المحللون من شركة أليكس بارتنرز أن السيارة الكهربائية النموذجية ذات المحرك الواحد والتي تعمل بالبطارية تتضمن حوالي 550 غرامًا (1.21 رطل) من المكونات التي تحتوي على معادن نادرة، على عكس السيارات التي تعمل بالبنزين، والتي تستخدم 140 غرامًغا فقط من المعادن النادرة، أو حوالي 5 أونصات. وأكثر من نصف سيارات الركاب الجديدة المباعة في الصين تعمل بالبطاريات فقط أو بالوقود الهجين، على عكس الولايات المتحدة، حيث لا تزال تعمل في الغالب بالبنزين. وصرح كريستوفر إكليستون، المدير واستراتيجي التعدين في شركة هالغارتن وشركاه، "مع تباطؤ إقبال السيارات الكهربائية (في الولايات المتحدة) وتراجع الالتزامات بالتحول من محركات الاحتراق الداخلي إلى السيارات الكهربائية مستقبلًا، تتراجع الحاجة إلى استبدال المواد الصينية في السيارات الكهربائية". وقال، "قريبًا جدًا، سيكون الجيل الأول من السيارات الكهربائية جاهزا لإعادة التدوير، مما سيخلق مخزونًا من المواد الصينية السابقة التي ستكون تحت سيطرة الغرب". ووفقًا لشركة كوكس أوتوموتيف، لم تتجاوز نسبة مبيعات السيارات الكهربائية 7.5% من إجمالي مبيعات السيارات الجديدة في الولايات المتحدة في الربع الأول من هذا العام، وهي زيادة طفيفة عن العام الماضي. وأشارت الشركة إلى أن حوالي ثلثي السيارات الكهربائية المباعة في الولايات المتحدة العام الماضي جُمعت محليًا، إلا أن المصنعين لا يزالون يعتمدون على الواردات لتوفير قطع الغيار. وستُفاقم الحرب التجارية الدائرة حاليًا مع الصين، المورد الرئيسي عالميًا لمواد بطاريات السيارات الكهربائية، من اختلال السوق بشكل أكبر. دورة المعادن النادرة في صناعة السيارات ومن أصل 1.7 كيلوغرام (3.74 رطل) من المكونات التي تحتوي على معادن نادرة والموجودة في سيارة كهربائية عادية أحادية المحرك تعمل بالبطارية، يبلغ صافي المعادن النادرة داخل هذه المكونات 550 غرامًا (1.2 رطل) في كل سيارة من هذا النوع. وتُستخدم كمية مماثلة تقريبًا، أي 510 غرامات، في السيارات الهجينة التي تعمل ببطاريات ليثيوم أيون. في أوائل أبريل/نيسان، أعلنت الصين ضوابط تصدير على 7 معادن أرضية نادرة، وشملت هذه القيود التربيوم، الذي يُستخدم 9 غرامات منه عادةً في السيارات الكهربائية أحادية المحرك، وفقًا لبيانات أليكس بارتنرز. ووفقًا للبيانات، لا يُستخدم أيٌّ من المعادن الأرضية النادرة الستة الأخرى المستهدفة ضمن هذه القائمة بشكل كبير في السيارات. لكن قائمة أبريل/نيسان ليست الوحيدة، فهناك قائمة صينية منفصلة لضوابط المعادن، دخلت حيز التنفيذ في ديسمبر/أيلول، تُقيّد صادرات السيريوم، الذي يُستخدم 50 غرامًا منه في المتوسط في السيارات الكهربائية أحادية المحرك، وفقًا لأليكس بارتنرز. وتعني هذه الضوابط أن الشركات الصينية التي تتعامل مع هذه المعادن يجب أن تحصل على موافقة حكومية لبيعها في الخارج. وقد أفادت صحيفة كايكسين، وهي وكالة أنباء أعمال صينية، في 15 مايو/أيار، بعد أيام قليلة من الهدنة التجارية بين الولايات المتحدة والصين، أن ثلاث شركات صينية رائدة في مجال مغناطيسات المعادن الأرضية النادرة قد حصلت على تراخيص تصدير من وزارة التجارة لشحنها إلى أمريكا الشمالية وأوروبا. وما يُثير قلق الشركات الدولية هو ندرة البدائل المتاحة للصين للحصول على المعادن الأرضية النادرة، وقد تستغرق المناجم سنوات للحصول على موافقة التشغيل، كما أن إنشاء مصانع المعالجة يتطلب وقتًا وخبرة. وصرحت وكالة الطاقة الدولية في بيان لها، "تسيطر الصين اليوم على أكثر من 90% من إمدادات المعادن المكررة عالميًا لعناصر الأرض النادرة المغناطيسية الأربعة (Nd، Pr، Dy، Tb)، والتي تُستخدم في صناعة المغناطيسات الدائمة لمحركات السيارات الكهربائية"، وتشير هذه الرموز إلى النيوديميوم والبراسيوديميوم والديسبروسيوم والتربيوم. بالنسبة لبطاريات "هيدريد النيكل" المعدني الأقل استخدامًا في السيارات الهجينة، تصل كمية المعادن النادرة بها إلى 4.45 كيلوغرام، أي ما يقارب 10 أرطال، وفقًا لشركة AlixPartners، ويعود ذلك بشكل رئيسي إلى أن هذا النوع من البطاريات يستخدم 3.5 كيلوغرام من اللانثانوم. ويقول هنري ساندرسون، الخبير في المعهد الملكي للخدمات المتحدة للدفاع والأمن، "أُقدّر أن حوالي 70% من المعادن التي تزيد عن 200 كيلوغرام في السيارات الكهربائية تمر عبر الصين، لكن الكمية تختلف باختلاف السيارة والشركة المصنعة. من الصعب تحديد رقم دقيق". لماذا لن تكون عملية إعادة التدوير كافية؟ وبرغم الكميات المتاحة من المعادن النادرة في الأنواع المختلفة من السيارات الكهربائية، يبقى هناك حدود لإعادة التدوير، فهي لا تزال عملية صعبة، وتستهلك طاقة كبيرة، وتستغرق وقتًا طويلاً. وحتى مع تباطؤ الاعتماد على السيارات الكهربائية في الولايات المتحدة، تُستخدم المعادن بكميات أكبر بكثير في الدفاع. وعلى سبيل المثال، تحتوي طائرة F-35 المقاتلة على أكثر من 900 رطل من المعادن الأرضية النادرة، وفقًا لمركز الدراسات الاستراتيجية والدولية، ومقره واشنطن العاصمة. وقيود الصين على المعادن الأرضية النادرة، لا تشمل فقط القائمةَ التي حظيت بمتابعة دقيقة من الغرب، والتي صدرت في 4 أبريل/نيسان. فخلال العامين الماضيين، عززت الصين سيطرتها على فئة أوسع من المعادن تُعرف بالمعادن الحرجة. وفي صيف عام 2023، أعلنت الصين أنها ستقيد صادرات الغاليوم والجرمانيوم، وكلاهما يُستخدم في صناعة الرقائق. وبعد عام تقريبًا، أعلنت عن قيود على الأنتيمون، المستخدم لتقوية معادن أخرى، وهو مكون أساسي في الرصاص وإنتاج الأسلحة النووية وبطاريات الرصاص الحمضية. وفي أكتوبر/تشرين الأول، أصدر مجلس الدولة، أعلى هيئة تنفيذية في البلاد، سياسةً شاملةً لتعزيز ضوابط الصادرات، بما في ذلك المعادن، التي قد تكون ذات استخدام مزدوج، أو تُستخدم لأغراض عسكرية ومدنية. aXA6IDgyLjIzLjIxNy4xMTcg جزيرة ام اند امز CH

العين الإخبارية

منذ 4 أيام

• العين الإخبارية

أركنساس.. أمل أمريكا في إزاحة قبضة الصين على الليثيوم

كشف تقرير نشرته صحيفة «فايننشال تايمز» البريطانية إن جنوب غرب ولاية أركنساس وحده يحتوي على ما يصل إلى 19 مليون طن من موارد الليثيوم. وتعد الكمية كافية لتلبية الطلب الأمريكي الحالي عدة مرات إذا تم استخراجها بكفاءة. وفقًا لتقرير صادر عن هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية، فإن تكوين منطقة "سماك أوفر" الممتدة تحت أركنساس وعدة ولايات مجاورة، يحتوي على مياه مالحة جوفية غنية بالليثيوم -وهو عنصر حيوي في البطاريات القابلة لإعادة الشحن التي تُستخدم في السيارات الكهربائية والهواتف الذكية والتقنيات الدفاعية. وتتسابق أكثر من 12 شركة -بما في ذلك عمالقة الطاقة مثل إكسون موبيل وأوكسيدنتال بتروليوم وإكوينور- لاستخراج هذه المياه المالحة باستخدام تقنية جديدة تُعرف باسم "الاستخراج المباشر لليثيوم" (DLE). ويقول المؤيدون إن هذه التقنية يمكن أن تُحدث تحولًا في صناعة الليثيوم الأمريكية، كما فعل التكسير الهيدروليكي في صناعة النفط قبل نحو عشرين عامًا. ويرى آندي روبنسون، المؤسس المشارك لشركة "ستاندرد ليثيوم"، أن هذه التكنولوجيا يمكن أن تطلق قطاعًا محليًا بمليارات الدولارات. تقنية حديثة وعالميًا، تزداد شعبية DLE. وتتابع جامعة كولومبيا ما لا يقل عن 36 مشروع DLE قيد التطوير، منها 13 في الصين. وتتحول دول مثل تشيلي والأرجنتين من التبخير إلى DLE بسبب المخاوف البيئية. وطورت شركة ستاندرد ليثيوم تقنيتها واختبرتها خلال خمس سنوات في منشأة تجريبية بالشراكة مع شركة لانكسس الألمانية. وفي هذه المنشأة، تتم معالجة المياه المالحة أولًا لاستخلاص البرومين، ثم تُرسل إلى نظام DLE التابع لشركة ستاندرد لاستخلاص الليثيوم باستخدام تقنية مرشحات مرخصة من شركة كوتش إندستريز، وهي مساهم في الشركة. ويُعتبر DLE أسرع وأقل استهلاكًا للأراضي مقارنة بالطرق التقليدية مثل التعدين المكشوف أو برك التبخير. فبدلًا من انتظار تبخر المياه المالحة لأشهر، تستخدم تقنية DLE مذيبات أو مرشحات لاستخراج الليثيوم خلال ساعات. ويمكن أن تصل معدلات الاستخلاص إلى 90%، مقارنة بـ 40-60% في الطرق التقليدية، مما يجعل التقنية واعدة، خصوصًا في مناطق مثل أركنساس، حيث تركّز الليثيوم مرتفع والبنية التحتية متوفرة. تحديات قائمة لكن التحديات لا تزال قائمة. فبعض النقاد يرون أن DLE لم تُثبت نفسها تجاريًا على نطاق واسع بعد. وقد واجه مشروع مشابه في الأرجنتين تابع لشركة فرنسية تأخيرات خلال مراحل التشغيل. كما أن كل مصدر من المياه المالحة يتميز بتركيبة مختلفة، مما يتطلب معالجة مخصصة تزيد من التكلفة وتعقيد التشغيل. وتُقدر "بنشمارك مينيرال إنتليجنس" أن تكلفة إنتاج الطن من الليثيوم من مصادر المياه المالحة الأمريكية تبلغ حوالي 10,735 دولارًا -وهي أعلى بكثير من تكلفة الإنتاج في بعض مواقع التبخير التي لا تتعدى 6,000 دولار للطن. إلى جانب ذلك، يمر سوق الليثيوم بتقلبات شديدة. فقد انخفضت الأسعار بنسبة 80% منذ ذروتها في عام 2022، ويرجع ذلك جزئيًا إلى زيادة العرض من الصين، التي تهيمن على سلسلة توريد الليثيوم العالمية. كما فرضت بكين قيودًا على تصدير بعض المواد والتقنيات الحيوية لمعالجة الليثيوم، مما أضاف بُعدًا جيوسياسيًا للمنافسة. وتزعم الشركات الأمريكية أن الصين تتلاعب بالسوق عمدًا لإبطاء المشاريع المنافسة. ومع ذلك، تمضي الشركات الأمريكية قدمًا. وتقول ستاندرد ليثيوم إنها قادرة على إنتاج كربونات الليثيوم بدرجة بطارية بأقل من 6,000 دولار للطن من حيث تكاليف التشغيل المباشرة — باستثناء النفقات الرأسمالية — مما يجعل المشروع مجديًا اقتصاديًا حتى في ظل الأسعار المنخفضة الحالية، وكذلك بفضل الدعم الفيدرالي بما في ذلك منحة بقيمة 225 مليون دولار. سباق في أركنساس وفي الولايات المتحدة، تتصدر أركنساس المشهد. فقد أطلقت شركة إكسون موبيل مشروع "سولتويركس" لتطوير الليثيوم من منطقة سماك أوفر، مستهدفة إنتاج ما يكفي لتلبية احتياجات تصنيع مليون سيارة كهربائية سنويًا بحلول 2030. ومع تزايد المشاريع، تشتد النزاعات حول ملكية الأراضي وحقوق المعادن، كما حدث في جلسة استماع عامة مؤخرًا حيث اعترض ملاك الأراضي على حقوق التنقيب. وتُعد الإتاوات موضوعًا حساسًا آخر. حيث تقترح ستاندرد ليثيوم نسبة 2.5% من الإيرادات لأصحاب الأراضي، بينما يطالب البعض بنسبة تصل إلى 12.5%. وتُحذر الشركات من أن رفع الإتاوات قد يُقوّض القدرة التنافسية الأمريكية أمام الصين. فالصين، خلال عقد من الزمن، بنت شبكة ضخمة من تعدين ومعالجة الليثيوم، مما ساهم في جعل صناعة السيارات الكهربائية فيها رائدة عالميًا. على مستوى الولاية، تسعى أركنساس لاستغلال الفرصة بالكامل. وقد أقرّ المجلس التشريعي للولاية حوافز ضريبية جديدة لجذب مستثمري الليثيوم. وتقول حاكمة الولاية، سارة ساندرز، إن أركنساس قد توفر ما يصل إلى 15% من احتياج العالم من الليثيوم، مما يعزز موقعها التنافسي ويدعم أمن الطاقة الوطني. كما تعمل المؤسسات التعليمية المحلية أيضًا على سد الفجوة المهارية. على سبيل المثال، تقدم كلية جنوب أركنساس برامج تدريبية في تشغيل العمليات الكيميائية. يمثل اندفاع الليثيوم في أركنساس تلاقياً نادراً بين الفرص الاقتصادية، والابتكار البيئي، والحاجة الجيوسياسية. وإذا نجح، فقد يُعيد إحياء مدينة بترولية سابقة، ويُسهم في تعزيز مكانة أمريكا في التحول العالمي نحو الطاقة النظيفة، ويُوفر وظائف دائمة، ويُقلل من الاعتماد على سلاسل التوريد الأجنبية. aXA6IDgyLjI3LjIyMC41OCA= جزيرة ام اند امز LV

الإمارات اليوم

١٨-٠٥-٢٠٢٥

• الإمارات اليوم

فريق من جامعة خليفة يطوّر بطاريات الليثيوم للسيارات الكهربائية

طوّر فريق بحثي من جامعة خليفة للعلوم والتكنولوجيا حلّاً مبتكراً للتغلب على تحديات بطارية الليثيوم والكبريت، تمثّل في مادة جديدة لحبس الكبريت تعتمد على الأطر العضوية، حيث توفّر حبساً كيميائياً وفيزيائياً قوياً لليثيوم متعدد الكبريتيد، وهو ما يثبّت أداء البطارية على مدى مئات الدورات، ونشر الفريق البحثي مشروعه في المجلة العلميّة «أدفانسد سايِنس». وتمثل بطاريات الليثيوم والكبريت قفزة نوعية كبيرة في مجال تخزين الطاقة، نتيجة ارتفاع كثافة الطاقة التي تخزّنها وانخفاض كلفتها، إلا أن استخدامها على نطاق واسع لايزال محدوداً بسبب فقدان جزء من السعة، وضعف الكفاءة، وانخفاض في مدة عملها. وأظهرت نتائج تجارب الفريق احتفاظ البطاريات بنسبة 80% من سعتها الأصلية حتى بعد 500 دورة، وتحسن معدلات الشحن والتفريغ، ويمكن لهذه التكنولوجيا قريباً ومع مزيد من التحسين، تشغيل السيارات الكهربائية، وتخزين الطاقة المتجددة على نطاق الشبكة، ما يسهم في بلوغ مستقبل أنظف وأكثر استدامة.