أنواع السيارات الكهربائية وتقنياتها بالتخزين

نظرة عامة عن تاريخ السيارات الكهربائية:

السيارات الكهربائية ليست اختراعًا حديثاً؛ لقد تم اِختراعها قبل اختراع محركات الاحتراق الداخلي، وليس من السهل تحديد اِختراع السيارة الكهربائية لمخترع أو بلد واحد، في بداية القرن التاسع عشر بدأ المبتكرون في هنغاريا وهولندا والولايات المتحدة ببناء السيارة التي تعمل بالبطارية وابتكروا بعضًا من نماذج السيارات الكهربائية صغيرة الحجم.

ظهرت أول سيارة كهربائية ناجحة للسير على الطريق في الولايات المتحدة عام 1890 الذي صنعها ويليام موريسون، حيث كانت سيارته تتسع لستة ركاب كما في الشكل (1) والقادرة على تحقيق سرعة قصوى تبلغ 14 ميلاً في الساعة (22 كم/س)، وهنا كانت البداية في إثارة الاهتمام بالسيارات الكهربائية [1].

أنواع السيارات المعتمدة على الطاقة الكهربائية:

1- السيارات الهجينة (Hybrid):

وهي تحتوي على محرك اِحتراق داخلي بالإضافة إلى محرك كهربائي للتقليل من استهلاك الوقود، ويتم شحن البطارية عن طريق محرك الاحتراق الداخلي أوعن طريق اكتساب الطاقة من خلال الحرارة الناتجة أثناء الكبح المتجدد (Regenerative braking)، وهناك نوع آخر من السيارات الهجينة يعرف بـ (Plug-in Hybrid) وهو مشابه جداً للنوع السابق ولكن عملية شحن البطارية تكون بواسطة الكوابل المتواجدة في محطات الشحن أو في المنزل وعادةً ما تمتلك بطاريات أكبر حجما من النوع الهجين (Hybrid) [3].

2- السيارات الكهربائية (Electric vehicles):

هي سيارات كهربائية بالكامل ومزودة ببطاريات قابلة لإعادة الشحن ولا يوجد بها محرك اِحتراق داخلي، وهي مركبات خالية من الانبعاثات لأنها لا تعتمد على الوقود بل فقط على الطاقة الكهربائية الناتجة من البطاريات، ويتم شحنها عن طريق محطات الشحن السريع أو في المنزل.

3- سيارات خلايا الوقود (Fuel-cell):

هذا النوع مشابه لأنظمة السيارات الكهربائية حيث يوجد بها محرك كهربائي ولاتنتج أي انبعاثات ضارة، ولكن بدلاً من أن يتم توليد الطاقة الكهربائية عبر البطاريات يتم توليدها عن طريق تفاعل الأكسجين والهيدروجين في خلية الوقود، ويتم تخزين الطاقة في خزان يعبئ بالهيدروجين المضغوط [5].

هناك العديد من أنواع البطاريات المستخدمة في السيارات الكهربائية ومن أبرزها:

1- بطاريات نيكل الكاديوم (Ni-Cd):

هي بطاريات تستخدم النيكل والكاديوم كأقطاب كهربائية وعمرها الافتراضي يتراوح من 500 إلى 1000 دورة شحن، وكانت تُستخدم في إنتاج بطاريات السيارات الكهربائية في التسعينيات ولكنها الآن محظورة في العديد من الدول بسبب الأضرار البيئية للكاديوم [6]، ويمكن إيجادها الآن في عدد محدود من الأجهزة الالكترونية والمصابيح اليدوية وألعاب التحكم عن بعد.

2- بطاريات الليثيوم أيون (Lithium-ion):

هي بطاريات قابلة لإعادة الشحن ويتكون قطبها الموجب من الليثيوم وقطبها السالب من الغرافيت، وتُستخدم حاليًا في معظم السيارات الكهربائية بسبب كفاءتها التخزينية العالية وأدائها الجيد في درجات الحرارة العالية ويمكن إعادة تدوير معظم مكوناتها، حيث أن شركات السيارات مستمرة في البحث والتطوير لتقليل تكلفتها المرتفعة نسبيًا وإطالة عمرها الافتراضي [7]، و تتوفر عدة أشكال للبطاريات المستخدمة في السيارات الكهربائية بإمكانكم الاطلاع عليها عبر الرابط الآتي: https://electricengg.com/archives/1721

3- بطاريات الحالة الصلبة (Solid-state):

هي بطاريات تحتوي على أقطاب كهربائية صلبة وكما يظهر في الشكل 4، تم استبدال السائل المنحل بالكهرباء (Electrolyte solution) الذي يوجد في بطاريات الليثيوم أيون بمادة صلبة يمكن أن تتخذ شكل بوليمر بلاستيكي (Solid electrolyte)، حيث أن البحوث والدراسات بشأن هذه البطاريات بدأت منذ العشر سنوات الماضية، ومن الممكن أن يتم اعتماد هذه التقنية من قِبل صُناع السيارات في المستقبل البعيد، ومن مميزات بطاريات الحالة الصلبة مقارنةً ببطاريات الليثيوم أيون هي زيادة كثافة طاقتها وانخفاض كتلتها بالإضافة إلى زيادة عدد دورات شحنها [6].