[قد تصل كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم في المستقبل إلى 1.5 مرة إلى 2 مرة من التيار، مما يعني أن البطاريات ستصبح أصغر. ]
يتراوح نطاق انخفاض تكلفة بطاريات الليثيوم أيون بين 10% و30% كحد أقصى. من الصعب خفض السعر إلى النصف.
من الهواتف الذكية إلى السيارات الكهربائية، تتسلل تكنولوجيا البطاريات تدريجيًا إلى كل جانب من جوانب الحياة. فما هو اتجاه تطور البطاريات المستقبلية؟ وما التغييرات التي ستُحدثها في المجتمع؟ مع وضع هذه الأسئلة في الاعتبار، أجرى مراسل "فيرست فاينانشيال" الشهر الماضي مقابلة مع أكيرا يوشينو، العالم الياباني الحائز على جائزة نوبل في الكيمياء لهذا العام عن بطاريات الليثيوم أيون.
يرى يوشينو أن بطاريات الليثيوم أيون ستظل مهيمنة على صناعة البطاريات خلال السنوات العشر القادمة. وسيُحدث تطوير تقنيات جديدة، مثل الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء، تغييرات "غير متوقعة" في آفاق استخدام بطاريات الليثيوم أيون.
تغيير لا يمكن تصوره
عندما أدرك يوشينو مصطلح "محمول"، أدرك حاجة المجتمع إلى بطارية جديدة. في عام ١٩٨٣، وُلدت أول بطارية ليثيوم في العالم في اليابان. أنتج يوشينو أكيرا أول نموذج أولي لبطارية ليثيوم أيون قابلة لإعادة الشحن في العالم، وسيُسهم إسهامًا بارزًا في تطوير بطاريات ليثيوم أيون المُستخدمة على نطاق واسع في الهواتف الذكية والسيارات الكهربائية مستقبلًا.
في الشهر الماضي، صرّح أكيرا يوشينو في مقابلة حصرية مع "الصحفي المالي رقم 1" بأنه بعد علمه بفوزه بجائزة نوبل، "لم يكن لديه أي مشاعر حقيقية". وأضاف: "أشغلتني المقابلات الكاملة لاحقًا، ولم أكن سعيدًا بها كثيرًا". "ولكن مع اقتراب موعد استلام الجوائز في ديسمبر، أصبحت حقيقة الجوائز أقوى".
على مدار الثلاثين عامًا الماضية، فاز 27 يابانيًا أو باحثًا يابانيًا بجائزة نوبل في الكيمياء، لكن اثنين منهم فقط، من بينهم أكيرا يوشينو، نالا جوائز كباحثين في الشركات. وصرح أكيرا يوشينو لصحيفة "فيرست فاينانشال جورناليست": "في اليابان، عادةً ما يحصل الباحثون من معاهد البحث والجامعات على جوائز، بينما قلة من الباحثين في الشركات من قطاع الصناعة فازوا بها". كما أكد على توقعات القطاع، مشيرًا إلى وجود العديد من الأبحاث الحائزة على جوائز نوبل داخل الشركات، ولكن على القطاع الياباني تحسين ريادته وكفاءته.
يعتقد يوشينو أكيرا أن تطوير تقنيات جديدة، مثل الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء، سيُحدث تغييرات "غير مسبوقة" في آفاق استخدام بطاريات الليثيوم أيون. على سبيل المثال، سيُسرّع تطور البرمجيات عملية تصميم البطاريات وتطوير مواد جديدة، وقد يؤثر على استخدامها، مما يسمح باستخدامها في أفضل بيئة.
يولي يوشينو أكيرا اهتمامًا بالغًا لمساهمة بحثه في حل قضايا تغير المناخ العالمي. وصرح لصحيفة "فيرست فاينانشال جورناليست" بأنه مُنح الجائزة لسببين: الأول هو المساهمة في تطوير مجتمع الهواتف الذكية، والثاني هو توفير وسيلة مهمة لحماية البيئة العالمية. وأضاف أكيرا يوشينو لمراسل مالي: "ستزداد أهمية المساهمة في حماية البيئة في المستقبل. وفي الوقت نفسه، تُمثل هذه الجائزة فرصة عمل واعدة".
وقال يوشينو أكيرا للطلاب خلال محاضرة في جامعة ميجو بصفته أستاذًا، إنه نظرًا للتوقعات العالية للجمهور بشأن استخدام الطاقة المتجددة والبطاريات كإجراء مضاد للاحتباس الحراري العالمي، فإنه سيقدم معلوماته الخاصة، بما في ذلك أفكاره حول القضايا البيئية.
من سيهيمن على صناعة البطاريات؟
أحدث تطوير تكنولوجيا البطاريات ثورةً في عالم الطاقة. من الهواتف الذكية إلى السيارات الكهربائية، أصبحت تكنولوجيا البطاريات منتشرة في كل مكان، مُغيرةً بذلك كل جانب من جوانب حياة الناس. وسيؤثر على كلٍّ منا مدى قوة بطارية المستقبل وانخفاض تكلفتها.
في الوقت الحالي، يلتزم قطاع الطاقة بتحسين سلامة البطاريات مع زيادة كثافتها الطاقية. كما يُسهم تحسين أداء البطاريات في مواجهة تغير المناخ من خلال استخدام الطاقة المتجددة.
يرى يوشينو أن بطاريات الليثيوم أيون ستظل مهيمنة على صناعة البطاريات خلال السنوات العشر القادمة، إلا أن تطوير التقنيات الجديدة وظهورها سيعززان قيمة هذه الصناعة وآفاقها المستقبلية. وصرح يوشينو أكيرا لصحيفة "فيرست بيزنس نيوز" أن كثافة طاقة بطاريات الليثيوم قد تصل في المستقبل إلى ضعف أو ضعفي كثافة الطاقة الحالية، مما يعني أن حجم البطارية سيصبح أصغر. وأضاف: "هذا يُقلل من المواد المستخدمة وبالتالي من التكلفة، ولكن لن يكون هناك انخفاض ملحوظ في تكلفة المواد المستخدمة". وقال: "إن انخفاض تكلفة بطاريات الليثيوم أيون يتراوح بين 10% و30% على الأكثر. إن خفض السعر إلى النصف أمرٌ أكثر صعوبة".
هل ستُشحن الأجهزة الإلكترونية أسرع في المستقبل؟ ردًا على ذلك، صرّح أكيرا يوشينو بأن شحن الهاتف المحمول يستغرق من 5 إلى 10 دقائق، وهو ما تم تحقيقه في المختبر. لكن الشحن السريع يتطلب جهدًا كهربائيًا قويًا، مما يؤثر على عمر البطارية. في الواقع، قد لا يحتاج الناس في كثير من الحالات إلى شحن سريع جدًا.
من بطاريات الرصاص الحمضية المبكرة، إلى بطاريات هيدريد النيكل والمعدن التي تُعدّ الركائز الأساسية لشركات يابانية مثل تويوتا، وصولاً إلى بطاريات أيونات الليثيوم التي استخدمتها شركة تسلا روستر عام ٢٠٠٨، سيطرت بطاريات أيونات الليثيوم السائلة التقليدية على سوق بطاريات الطاقة لعشر سنوات. في المستقبل، سيزداد التناقض بين كثافة الطاقة ومتطلبات السلامة وتقنية بطاريات أيونات الليثيوم التقليدية وضوحًا.
ردًا على التجارب ومنتجات بطاريات الحالة الصلبة من الشركات الأجنبية، قال أكيرا يوشينو: "أعتقد أن بطاريات الحالة الصلبة تُمثل توجهًا مستقبليًا، ولا يزال هناك مجال كبير للتحسين. آمل أن أرى تقدمًا جديدًا قريبًا".
وأضاف أن بطاريات الحالة الصلبة تُشبه تقنيًا بطاريات أيونات الليثيوم. وقال أكيرا يوشينو لمراسل صحيفة فيرست بيزنس نيوز: "بفضل التطور التكنولوجي، يمكن أن تصل سرعة بطاريات أيونات الليثيوم أخيرًا إلى أربعة أضعاف سرعتها الحالية".
بطاريات الحالة الصلبة هي بطاريات ليثيوم أيون تستخدم إلكتروليتات الحالة الصلبة. ولأن إلكتروليتات الحالة الصلبة تحل محل الإلكتروليت العضوي القابل للانفجار في بطاريات أيون الليثيوم التقليدية، فإن هذا يحل مشكلتين رئيسيتين هما كثافة الطاقة العالية وأداء السلامة العالي. تُستخدم إلكتروليتات الحالة الصلبة بنفس الطاقة. تتميز البطارية التي تحل محل الإلكتروليت بكثافة طاقة أعلى، وفي الوقت نفسه، تتمتع بقوة أكبر ومدة استخدام أطول، وهو اتجاه تطوير الجيل القادم من بطاريات الليثيوم.
لكن بطاريات الحالة الصلبة تواجه أيضًا تحدياتٍ مثل خفض التكاليف، وتحسين سلامة الإلكتروليتات الصلبة، والحفاظ على التلامس بين الأقطاب الكهربائية والإلكتروليتات أثناء الشحن والتفريغ. في الوقت الحالي، تستثمر العديد من شركات السيارات العالمية العملاقة بكثافة في البحث والتطوير لبطاريات الحالة الصلبة. على سبيل المثال، تعمل تويوتا على تطوير بطارية حالة صلبة، ولكن لم يتم الكشف عن تكلفتها. تتوقع مؤسسات الأبحاث أن يصل الطلب العالمي على بطاريات الحالة الصلبة إلى 500 جيجاواط/ساعة بحلول عام 2030.
قال البروفيسور ويتينغهام، الحائز على جائزة نوبل مناصفةً مع أكيرا يوشينو، إن بطاريات الحالة الصلبة قد تكون أول ما يُستخدم في الأجهزة الإلكترونية الصغيرة مثل الهواتف الذكية. وأضاف: "لأنه لا تزال هناك مشاكل كبيرة في تطبيق الأنظمة واسعة النطاق".
وقت النشر: ١٦ ديسمبر ٢٠١٩