ابراهيم ماجد الشيخ سليمانفي عالم مليء بالتحديات البيئية والتطورات التكنولوجية، تبرز الحاجة إلى حلول مبتكرة لتخزين الطاقة كمحرك رئيسي للتقدم المستدام في جميع القطاعات. واحدة من هذه الابتكارات الثورية هي بطارية الجرافين الألومنيوم أيون، التي تعِد بتحقيق قفزة نوعية في أداء وعمر وامان وكفاءة البطاريات. تتميز هذه التقنية بقدرتها على توفير طاقة عالية، أمان محسن، وعمر أطول مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون التقليدية. ولقد تكلمنا سابقا عن الجرافين ومميزاته بطارية الجرافين (البطارية المثالية)
اما الان، سنستكشف اول بذرة ظهرت لهذه التقنية وكيف مثلت ابتكارًا يغير قواعد اللعبة في عالم تخزين الطاقة، وما هي الفوائد الملموسة لهذه التكنولوجيا الواعدة، بالإضافة إلى التحديات التي تواجهها والخطوات المقبلة نحو الإنتاج التجاري الكبير.
نشأة وتطور بطاريات الجرافين ألومنيوم أيون
اولا دعنا نتعرف على بطل قصتنا, بدأت شركة GMG (Graphene Manufacturing Group) بالتعاون مع جامعة كوينزلاند في تطوير بطاريات الجرافين ألومنيوم أيون G+AL منذ عدة سنوات وتمكنت الشركة مؤخرًا من تحقيق إنجازات كبيرة، بما في ذلك إنتاج خلايا بطارية بحجم 1000 مللي أمبير ساعة (mAh) على ارض الواقع واختبارها بنجاح, وتميزها ياتي عندما استطاعت انتاج الجرافين عالي الجودة من خلال تكسير الميثان (الغاز الطبيعي) بدلا من تعدين الجرافيت المكلف كما يفعل الباقي, هذا التطور يعكس قدرة التكنولوجيا على التحول من مرحلة البحث والتطوير إلى التطبيق العملي والتجاري.
ماذا حققت بطاريات الجرافين ألومنيوم أيون الى الان
1- تحسين الأمان: بعد تجربة اجراها الفريق مع بطارية ليثيوم رائدة مع احدى الشركات لقياس درجة حرارة البطارية عند الشحن والتفريغ لعدة مرات بمعدل C (ما هو معدل C العالي يقيس معدل C التيار الذي يمكن فيه شحن البطارية أو تفريغها بزمن معين) وقد اثبتت النتيجة التالي: يمكن ان تتجاوز بطارية الليثيوم 60 درجة مئوية وبالمقارنة بلغت درجة حرارة بطارية الجرافين الومنيوم 29 درجة مئوية فقط وهو فرق بالضعف وجدير بالذكر انها لا تحتوي على مواد قابلة للاحتراق كالليثيوم وهذا يحقق مستوى امان عالي من الحريق والانفجار
2- زيادة كثافة الطاقة: تُظهر بطاريات الجرافين الألومنيوم أيون من GMG و UQ تقدمًا مذهلاً في مجال تخزين الطاقة، حيث تفوقت بشكل كبير على بطاريات الليثيوم التقليدية سواء من حيث كثافة الطاقة أو كثافة القدرة. بكثافة قدرة تصل إلى 9350 واط/كجم، تتفوق هذه البطارية على بطاريات الليثيوم من نوع ليثيوم مانغنيز نيكل كوبالت (NCM) التي تسجل 200 واط/كجم فقط، وليثيوم فوسفات الحديد (LFP) التي تسجل 163 واط/كجم. كما تقدم البطارية الجديدة كثافة طاقة مذهلة تبلغ 290 واط/كجم، مقارنةً بـ 200 واط/كجم لبطاريات NCM و 163 واط/كجم لبطاريات LFP.
3- اقتصادية ومستدامة: هذه القدرات الفائقة ليست الفوائد الوحيدة؛ فالبطارية الجديدة تعتمد على الألومنيوم الذي يتوفر بوفرة أكبر بمقدار 1000 مرة ويُعد أرخص بحوالي 10 مرات من الليثيوم، مما يجعلها أكثر اقتصادية وسهلة التصنيع. بفضل سرعة شحن تصل إلى 60 مرة أسرع و3 أضعاف عمر البطارية التقليدية، إلى جانب عدم احتوائها على الليثيوم مما يقلل من التعقيد والتكلفة، تمثل بطاريات الجرافين الألومنيوم أيون خطوة ثورية نحو مستقبل طاقة أكثر أمانًا وكفاءة.
4- عمر أطول: بطارية الجرافين الألومنيوم أيون ليست مجرد تحسين تقني، بل هي ثورة في عمر البطارية مقارنة بالبطاريات التقليدية. بينما تواجه بطاريات الليثيوم أيون الحالية تحديات كبيرة في ديمومتها، حيث تبدأ في فقدان كفاءتها بعد بضع مئات من دورات الشحن والتفريغ، تتألق بطارية الجرافين بقدرتها الفائقة على الاستمرار لأكثر من 3000 دورة شحن دون أن تظهر علامات تدهور ملحوظة. هذا يعني أن بطارية الجرافين يمكن أن تقدم ثلاثة أضعاف عمر البطارية التقليدية، مما يجعلها خيارًا أكثر استدامة وفعالية من حيث التكلفة على المدى الطويل.
ما يجعل هذه البطارية أكثر جاذبية هو قدرتها على الحفاظ على أدائها حتى في الظروف القاسية، مما يفتح الباب أمام استخدامها في تطبيقات متنوعة تتطلب عمرًا أطول للبطارية، مثل السيارات الكهربائية والأجهزة الذكية. مع هذه البطارية، لم يعد المستخدم مضطرًا للقلق بشأن التبديل المتكرر للبطاريات أو التدهور السريع في أدائها. بدلاً من ذلك، يمكنهم الاعتماد على أداء موثوق به ومستدام يوفر تجربة استخدام محسّنة بشكل كبير.
هذه القفزة النوعية في عمر البطارية هي خطوة مهمة نحو مستقبل أكثر استدامة، حيث يلعب الجرافين دورًا محوريًا في تغيير قواعد اللعبة في عالم تخزين الطاقة.
تطبيق بطارية الجرافين ايون للسيارات الكهربائية
ماذا سيختلف ان ركبنا بطارية الجرافين الومنيوم ايون على سيارة كهربائية ؟
تعتبر بطارية الجرافين ألومنيوم أيون تقنية واعدة لتطبيقات السيارات الكهربائية، حيث يمكن أن تؤدي إلى تحسينات كبيرة في الأداء والكفاءة. أحد أهم الفوائد التي تقدمها هذه البطارية هو إمكانية التخلص من الحاجة إلى نظام إدارة حرارية معقد، مما يساهم في تقليل الوزن الكلي لمجموعة البطارية بنسبة تصل إلى 16%. على سبيل المثال، نظام الإدارة الحرارية في بطاريات الليثيوم أيون التقليدية يمكن أن يضيف حوالي 80 كجم إلى وزن حزمة البطارية البالغ 480 كجم. التخلص من هذه الإدارة الحرارية لا يقلل فقط من الوزن، بل يزيد من كثافة الطاقة بنسبة تصل إلى 10%، مما يعني أن البطارية تستطيع تخزين المزيد من الطاقة في نفس الحجم.
هذا التخفيض في الوزن لا يحسن فقط من كفاءة استخدام الطاقة، بل يساهم أيضًا في تقليل كتلة السيارة بشكل عام، مما يزيد من مدى السيارة الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك، يؤدي التخلص من الاستهلاك الطفيلي للإدارة الحرارية أثناء التشغيل إلى تحقيق تحسينات إضافية في النطاق، مما يجعل السيارات الكهربائية المزودة ببطاريات الجرافين أكثر كفاءة واستدامة مقارنة بنظيراتها التي تعتمد على بطاريات الليثيوم أيون التقليدية.
بفضل هذه التحسينات، يمكن لبطاريات الجرافين ألومنيوم أيون أن تحدث ثورة في تصميم السيارات الكهربائية، مقدمةً حلاً أكثر فعالية واستدامة لتخزين الطاقة، مع تقليل الوزن وزيادة الكفاءة ومدى القيادة.
ما هو مستقبل هذه البطاريات والى اين يمكن ان نصل
من المتوقع أن تشهد بطاريات الجرافين الألومنيوم أيون تطورات هائلة في المستقبل، حيث يستمر الباحثون في تحسين كثافة الطاقة، سرعة الشحن، والأمان. مع زيادة التركيز على تقنيات التصنيع الأكثر كفاءة وتكلفة أقل، قد نرى هذه البطاريات تدخل في مجموعة واسعة من التطبيقات التي تتطلب حلول طاقة مستدامة وموثوقة. في المستقبل، يمكن أن تصبح بطاريات الجرافين الحل المثالي لتشغيل السيارات الكهربائية طويلة المدى، والأجهزة الإلكترونية التي تتطلب شحنًا فائق السرعة، وحتى الأنظمة الشمسية الكبيرة. بفضل قدرتها على تحمل ظروف التشغيل القاسية وعمرها الطويل، قد نجد تطبيقات لها في الصناعات الفضائية والعسكرية، مما يفتح أفقًا جديدًا للاستخدامات المبتكرة للطاقة المستدامة.
هذه التحسينات المتوقعة تجعلنا نتطلع إلى مستقبل أكثر كفاءة واستدامة، حيث يلعب الجرافين دورًا رئيسيًا في تقنيات الطاقة النظيفة.
اين وصلنا الان ومتى ستكون متاحة تجاريا
حاليًا، تظل تقنية بطاريات الجرافين الألومنيوم أيون عند مستوى جاهزية التكنولوجيا (BTRL) 4. هذا يعني أن البطارية لا تزال في مرحلة التطوير والاختبار في المختبرات، حيث تعمل شركة GMG على تحسين الأداء الكهروكيميائي للخلايا في الحزم الجيبية. ومع بدء تشغيل مصنعها التجريبي، من المتوقع أن تتقدم تقنية البطارية إلى مستويات أعلى من الجاهزية (BTRL 7 و8)، وذلك لأن المعدات والعمليات المستخدمة في تصنيع بطاريات الجرافين الألومنيوم أيون هي نفسها المستخدمة في بطاريات الليثيوم أيون.
بالنسبة للإنتاج التجاري، من المتوقع أن يبدأ بعد وصول تقنية البطارية إلى مستويات الجاهزية الأعلى، وهو ما قد يحدث بعد اكتمال مرحلة التجريب والتحسين المستمر في المختبرات. يمكن أن تبدأ الشركة في إنتاج هذه البطاريات على نطاق تجاري بمجرد تحقيق مستويات الأداء المطلوبة والتأكد من أن البطارية جاهزة للتطبيقات العملية. من المحتمل أن نرى الإنتاج التجاري الكبير يبدأ في غضون السنوات القليلة المقبلة، خصوصًا إذا سارت مراحل التطوير كما هو مخطط لها.
الخاتمة
بطاريات الجرافين الألومنيوم أيون تمثل قفزة نوعية في عالم تخزين الطاقة، حيث تجمع بين الأداء الفائق والاستدامة مع إمكانيات غير مسبوقة لتطبيقات متعددة. من خلال زيادة كثافة الطاقة، تقليل الوزن، وتحقيق عمر أطول، تفتح هذه البطاريات الباب أمام مستقبل مليء بالابتكارات، سواء في السيارات الكهربائية أو الأجهزة الذكية. وبينما تستمر شركة GMG في تحسين تقنيتها ودفعها نحو الإنتاج التجاري، يبقى العالم في انتظار هذه الثورة التي قد تغير بشكل جذري كيفية تخزين واستخدام الطاقة في حياتنا اليومية. إننا على أعتاب مرحلة جديدة من تكنولوجيا البطاريات التي تعد بمستقبل أكثر كفاءة واستدامة.
المصادر:
https://graphenemg.com/gmgs-graphene-aluminium-ion-battery-update-minimal-temperature-rise-identified-while-fast-charging/
https://www.graphene-info.com/gmg-updates-progress-its-graphene-aluminum-batteries
https://graphenemg.com/
