أكيرا يوشينو، الحائز على جائزة نوبل: ستظل بطاريات الليثيوم مهيمنة على صناعة البطاريات لعشر سنوات قادمة

[قد تصل كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم في المستقبل إلى 1.5 إلى 2 ضعف الكثافة الحالية، مما يعني أن البطاريات ستصبح أصغر حجماً.]
[يتراوح نطاق انخفاض تكلفة بطاريات الليثيوم أيون بين 10% و30% كحد أقصى. ومن الصعب خفض السعر إلى النصف.]
من الهواتف الذكية إلى السيارات الكهربائية، تتغلغل تكنولوجيا البطاريات تدريجيًا في كل جانب من جوانب الحياة. فما هو المسار الذي ستسلكه البطاريات مستقبلًا، وما التغييرات التي ستُحدثها في المجتمع؟ وانطلاقًا من هذه التساؤلات، أجرى مراسل صحيفة "فيرست فاينانشال" مقابلة الشهر الماضي مع أكيرا يوشينو، العالم الياباني الحائز على جائزة نوبل في الكيمياء هذا العام لاكتشافه بطاريات الليثيوم أيون.
يرى يوشينو أن بطاريات الليثيوم أيون ستظل مهيمنة على صناعة البطاريات خلال السنوات العشر القادمة. وسيؤدي تطوير تقنيات جديدة، مثل الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء، إلى تغييرات جذرية في آفاق استخدام بطاريات الليثيوم أيون.
تغيير لا يمكن تصوره
عندما اطلع يوشينو على مصطلح "محمول"، أدرك أن المجتمع بحاجة إلى بطارية جديدة. في عام ١٩٨٣، وُلدت أول بطارية ليثيوم في العالم في اليابان. أنتج يوشينو أكيرا أول نموذج أولي في العالم لبطارية ليثيوم أيون قابلة لإعادة الشحن، وسيُسهم إسهامًا بارزًا في تطوير بطاريات الليثيوم أيون التي تُستخدم على نطاق واسع في الهواتف الذكية والمركبات الكهربائية في المستقبل.
في الشهر الماضي، صرّح أكيرا يوشينو في مقابلة حصرية مع أحد أبرز الصحفيين الماليين أنه بعد علمه بفوزه بجائزة نوبل، "لم يشعر بمشاعر حقيقية". وأضاف: "أشغلتني المقابلات المطولة التي أجريت لاحقاً، ولم أستطع التعبير عن سعادتي بشكل كامل. ولكن مع اقتراب موعد استلام الجائزة في ديسمبر، ازداد شعوري بقيمتها".
خلال الثلاثين عامًا الماضية، فاز 27 باحثًا يابانيًا بجائزة نوبل في الكيمياء، لكن اثنين منهم فقط، أحدهما أكيرا يوشينو، حصلا على الجائزة كباحثين في الشركات. وصرح أكيرا يوشينو لصحيفة "فيرست فاينانشال جورناليست": "في اليابان، يحصل الباحثون من المعاهد البحثية والجامعات عمومًا على الجوائز، بينما يندر حصول الباحثين العاملين في الشركات على جوائز". كما أكد على تطلعات قطاع الصناعة، معتقدًا أن هناك العديد من الأبحاث المتميزة داخل الشركات، لكن على الصناعة اليابانية تحسين قيادتها وكفاءتها.
يعتقد يوشينو أكيرا أن تطوير تقنيات جديدة مثل الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء سيُحدث تغييرات جذرية في آفاق استخدام بطاريات الليثيوم أيون. فعلى سبيل المثال، سيُسرّع التقدم في البرمجيات عملية تصميم البطاريات وتطوير مواد جديدة، مما قد يؤثر على استخدامها، ويُمكّنها من العمل في أفضل الظروف.
يولي يوشينو أكيرا اهتمامًا بالغًا بمساهمة أبحاثه في حل مشكلات تغير المناخ العالمي. وصرح لمراسل الشؤون المالية بأنه نال الجائزة لسببين: أولهما المساهمة في تطوير مجتمع ذكي يعتمد على الهواتف المحمولة، وثانيهما توفير وسيلة مهمة لحماية البيئة العالمية. وأضاف: "ستتضح أهمية هذه المساهمة في حماية البيئة أكثر فأكثر في المستقبل. وفي الوقت نفسه، تُعد هذه فرصة تجارية عظيمة".
قال يوشينو أكيرا للطلاب خلال محاضرة ألقاها في جامعة ميجو بصفته أستاذاً، إنه نظراً للتوقعات العالية للجمهور بشأن استخدام الطاقة المتجددة والبطاريات كإجراء مضاد للاحتباس الحراري، فإنه سيقدم معلوماته الخاصة، بما في ذلك أفكاره حول القضايا البيئية.
من سيسيطر على صناعة البطاريات؟
أدى تطوير تكنولوجيا البطاريات إلى ثورة في مجال الطاقة. فمن الهواتف الذكية إلى السيارات الكهربائية، أصبحت تكنولوجيا البطاريات حاضرة في كل مكان، مُغيرةً بذلك كل جانب من جوانب حياة الناس. وسيؤثر مستقبل البطاريات، سواءً من حيث قوتها أو تكلفتها، على كل واحد منا.
يحرص قطاع صناعة البطاريات حاليًا على تحسين سلامة البطاريات وزيادة كثافة طاقتها. 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 تطور التقنيات الجديدة وظهورها سيساهمان في تعزيز قيمة هذه الصناعة وآفاقها المستقبلية. وصرح يوشينو أكيرا لـ"فيرست بيزنس نيوز" بأن كثافة الطاقة في بطاريات الليثيوم قد تصل في المستقبل إلى ما بين 1.5 و2 ضعف الكثافة الحالية، مما يعني تصغير حجم البطارية. وأضاف: "هذا يقلل من كمية المواد المستخدمة، وبالتالي يقلل التكلفة، ولكن لن يكون هناك انخفاض كبير في تكلفة المواد". وتابع: "إن خفض تكلفة بطاريات الليثيوم أيون لن يتجاوز 10% إلى 30% كحد أقصى. أما خفض السعر إلى النصف فهو أمر بالغ الصعوبة".
هل ستُشحن الأجهزة الإلكترونية بشكل أسرع في المستقبل؟ ردًا على ذلك، قال أكيرا يوشينو إن شحن الهاتف المحمول يتم بالكامل في غضون 5-10 دقائق، وهو ما تم تحقيقه في المختبر. لكن الشحن السريع يتطلب جهدًا كهربائيًا عاليًا، مما سيؤثر على عمر البطارية. وفي كثير من الأحيان، قد لا يحتاج المستخدمون إلى الشحن السريع.
منذ بدايات بطاريات الرصاص الحمضية، مرورًا ببطاريات هيدريد النيكل المعدني التي تُعدّ الركيزة الأساسية لشركات يابانية مثل تويوتا، وصولًا إلى بطاريات الليثيوم أيون التي استخدمتها شركة تسلا روستر عام ٢٠٠٨، هيمنت بطاريات الليثيوم أيون السائلة التقليدية على سوق بطاريات الطاقة لعشر سنوات. وفي المستقبل، سيزداد التناقض بين كثافة الطاقة ومتطلبات السلامة وتقنية بطاريات الليثيوم أيون التقليدية وضوحًا.
رداً على التجارب ومنتجات البطاريات الصلبة من الشركات الأجنبية، قال أكيرا يوشينو: "أعتقد أن البطاريات الصلبة تمثل اتجاهاً مستقبلياً، ولا يزال هناك مجال كبير للتحسين. آمل أن أرى تقدماً جديداً قريباً".
وأضاف أن بطاريات الحالة الصلبة تتشابه تقنياً مع بطاريات الليثيوم أيون. وقال أكيرا يوشينو لمراسل صحيفة "فيرست بيزنس نيوز": "بفضل تطوير التكنولوجيا، يمكن أن تصل سرعة بطاريات الليثيوم أيون إلى أربعة أضعاف سرعتها الحالية تقريباً".
بطاريات الحالة الصلبة هي بطاريات ليثيوم أيون تستخدم إلكتروليتات صلبة. ولأن هذه الإلكتروليتات تحل محل الإلكتروليت العضوي القابل للاشتعال في بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، فإن ذلك يحل مشكلتين رئيسيتين: كثافة الطاقة العالية وأداء السلامة العالي. تتميز البطارية التي تستخدم إلكتروليتات صلبة بنفس كفاءة الطاقة، بكثافة طاقة أعلى، وقدرة أكبر، وعمر استخدام أطول، وهو ما يمثل اتجاه تطوير الجيل القادم من بطاريات الليثيوم.
لكن بطاريات الحالة الصلبة تواجه تحدياتٍ أيضاً، مثل خفض التكاليف، وتحسين سلامة الإلكتروليتات الصلبة، والحفاظ على التلامس بين الأقطاب الكهربائية والإلكتروليتات أثناء الشحن والتفريغ. حالياً، تستثمر العديد من شركات السيارات العالمية العملاقة بكثافة في البحث والتطوير لبطاريات الحالة الصلبة. على سبيل المثال، تعمل شركة تويوتا على تطوير بطارية حالة صلبة، لكن تكلفتها غير معلنة. وتتوقع المؤسسات البحثية أن يصل الطلب العالمي على بطاريات الحالة الصلبة إلى حوالي 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 كالهواتف الذكية. وأضاف: "لا تزال هناك مشاكل كبيرة في تطبيق الأنظمة واسعة النطاق".