باحثون صينيون يعلنون عن تقدم واعد ومنخفض التكلفة في بطارية تدفق حديدية

ادعاء يتعلق بالبطاريات الموجهة إلى الشبكة لا إلى المرآب

يقول باحثون في الصين إنهم طوروا كيمياء بطارية تدفق تعتمد بالكامل على الحديد، ويمكن أن تحسن بشكل ملموس جدوى التخزين طويل الأمد للطاقة. ويصف العمل، المنشور في Advanced Energy Materials في 1 أبريل، بطارية تدفق قلوية بالكامل من الحديد يقول المؤلفون إنها صمدت لأكثر من 6,000 دورة شحن وتفريغ دون تدهور في السعة، مع استخدام مواد أرخص بكثير من البدائل القائمة على الليثيوم.

إذا ثبتت هذه النتائج في اختبارات أوسع وفي مرحلة التسويق، فستكون الدلالة واضحة: يحتاج مشغلو الشبكات إلى أنظمة تخزين تعمل لفترات طويلة، وتتحمل دورات متكررة، وتعتمد على مواد وفيرة. ويؤدي الحديد هذا الدور أفضل من كثير من المعادن الحرجة لأنه رخيص ومتوافر على نطاق واسع ومندمج بالفعل في سلاسل توريد صناعية كبيرة.

لماذا تجذب بطاريات تدفق الحديد الاهتمام

تختلف بطاريات التدفق عن أنظمة أيونات الليثيوم التي تهيمن على المركبات الكهربائية والتخزين الثابت قصير المدة. فبدلاً من تخزين الطاقة في أقطاب صلبة فقط، تعتمد على إلكتروليتات سائلة مخزنة في خزانات وتُضخ عبر النظام. ويمكن أن تجعل هذه البنية منها خيارًا جذابًا لتطبيقات الشبكة التي يصبح فيها الحجم والوزن أقل أهمية من المتانة والسلامة والقدرة على توسيع مدة التخزين.

لطالما اعتُبرت بطاريات التدفق المعتمدة بالكامل على الحديد خيارًا واعدًا، لكن المقايضات في الأداء حدّت من تقدمها. ووفقًا لملخص الدراسة الوارد في النص المصدر، فإن مشكلتين مستمرتين هما ضعف العكسية الكهروكيميائية وتبادل الليغاندات، وكلاهما يقوض استقرار الدورات على المدى الطويل. عمليًا، يعني ذلك أن النظام قد لا يصمد جيدًا بما يكفي مع الاستخدام المتكرر لمنافسة البدائل الراسخة.

ما الذي تقول الدراسة الجديدة إنها غيرته

يرتكز التقدم المعلن على تصميم الأنوليت في البطارية. ويقول الباحثون إنهم أنشأوا معقدًا حديديًا ذا إعاقة فراغية كبيرة وطبقة حماية سالبة الشحنة. وكان الهدف المعلن تحسين الاستقرار بطريقتين معًا: عبر جعل الكيمياء الكهربية أكثر صلابة، وعبر تقليل نفاذية الغشاء وأشكال أخرى من العبور غير المرغوب فيه.

ويقول النص المصدر إن الفريق بدأ بـ 12 ليغاندًا عضويًا، وبنى 11 معقدًا حديديًا مميزًا، وخضعها لعدة جولات من الفحص قبل اختيار تكوين محدد باسم [Fe(HPF)BHS]4−. وفي ملخص الورقة، قدمت تلك النسخة ما وصفه المؤلفون بأنه استقرار دوراني قياسي، متجاوزة 6,000 دورة عند كثافة تيار تبلغ 80 mA cm−2.

وما لا يقل أهمية بالنسبة للقصة التجارية هو التكلفة. ويذكر المرشح أن تكلفة المادة أقل بنحو 80 مرة من البدائل القائمة على الليثيوم. وينبغي التعامل مع هذا الرقم بحذر لأن مقارنات التكلفة قد تعتمد على ما الذي يُقاس تحديدًا، وعلى أي نطاق، وتحت أي افتراضات تخص الإمداد. ومع ذلك، فإن الاتجاه واضح: الدراسة تقدم حجة قوية بأن الكيمياء القائمة على الحديد قد تخفض تكاليف المواد للتخزين واسع النطاق بشكل كبير.

لماذا يحتاج التخزين طويل الأمد إلى بدائل

تحتاج أنظمة الطاقة ذات الحصص العالية من الرياح والطاقة الشمسية بشكل متزايد إلى تخزين لا يقتصر على سد الفجوات القصيرة. فهي تحتاج إلى أنظمة قادرة على نقل الطاقة عبر نوافذ زمنية أطول، وتحمل دورات متكررة، والعمل مع مخاطر مقبولة تتعلق بالسلامة وسلاسل الإمداد. ولهذا السبب تعود بطاريات التدفق إلى الواجهة مرارًا، حتى مع استمرار هيمنة أيونات الليثيوم على النشر الحالي.

ويبدو التصميم المعتمد على الحديد مقنعًا بشكل خاص لأنه يستهدف جزءًا من السوق قد تكون فيه الأنظمة منخفضة التكلفة والمتينة وغير القابلة للاشتعال أهم من كثافة الطاقة. فشركات المرافق ومخططو الشبكات يهتمون بدرجة أقل بحشر أكبر قدر ممكن من الطاقة في مساحة مدمجة بحجم مركبة، وبدرجة أكبر ببناء أصول تخزين موثوقة لسنوات عديدة.

ما الذي لا يزال غير محسوم

أهم تحذير هو الفجوة بين دراسة ناجحة ومنتج قابل للتمويل. والنص المصدر نفسه يتسم بدرجة من الشك، وهذا الشك مبرر. فأداء المختبر، حتى عندما يكون مثيرًا للإعجاب، لا يتحول تلقائيًا إلى أنظمة تجارية سهلة التصنيع والتمويل والصيانة والنشر على نطاق واسع.

هناك أيضًا فجوة في الظهور الإعلامي. ويشير النص المقدم إلى أن البحث لم يحظَ بتغطية واسعة في وسائل الإعلام الرئيسية رغم دلالاته. وهذا لا يثبت أن الادعاء مبالغ فيه، لكنه يعني أن التكنولوجيا لا تزال في مرحلة مبكرة من التحقق العام. وسيحتاج المستثمرون وشركات المرافق والمطورون إلى تأكيد مستقل وبيانات تشغيلية ومحاسبة أوضح للتكاليف قبل اعتبار الكيمياء اضطرابًا قريب الأجل.

تطور يستحق المتابعة

حتى مع هذه التحفظات، تظل الدراسة لافتة. فالتخزين على مستوى الشبكة أحد الاختناقات الأساسية في التحول الطاقي، والسوق يحتاج إلى أكثر من كيمياء واحدة. وستمثل بطارية تدفق متينة تعتمد بالكامل على الحديد إضافة مهمة لأنها تستهدف مباشرة أصعب مجموعة من متطلبات القطاع: انخفاض التكلفة، وطول المدة، وطول عمر الدورات، ووفرة المواد.

والخلاصة الفورية ليست أن الليثيوم قد أُزيح. بل إن الباحثين ربما حسّنوا أحد أكثر البدائل مصداقية للتخزين الثابت واسع النطاق. وإذا أكدت الاختبارات اللاحقة ادعاءات المتانة والتكلفة، فقد يصبح هذا العمل جزءًا من الموجة الجدية التالية لتقنيات التخزين غير القائمة على الليثيوم المتجهة نحو الشبكة.

هذه المقالة مبنية على تغطية من CleanTechnica. اقرأ المقال الأصلي.