هل تُشحن بطاريات الصوديوم في دقائق؟ تقنية جديدة تكشف عن قفزة في الكفاءة والسرعة

لقد أثبت الباحثون تقنية تسلسل مشترك تجمع بين أيونات الصوديوم وجزيئات المذيب في الكاثود، مما يزيد من الكفاءة ويسمح بإعادة الشحن بشكل أسرع بكثير دون فقدان السعة. سلوك البطارية يشبه المكثفات الفائقة، مع معدل عالي للتراكم وإطلاق الطاقة — قفزة مباشرة نحو السيارات الكهربائية التي يمكن شحنها خلال دقائق.

كيف يسرع التسلسل المشترك عملية شحن أيونات الصوديوم؟

يعد التسلسل المشترك ضبط دخول أيونات الصوديوم والمذيب بشكل متزامن إلى الكاثود، مما يقلل المقاومة الداخلية ويحد من تغييرات الحجم خلال دورات الشحن والتفريغ. في اختبارات مع مركبات الكبريتات لنقل المعادن، تم تحديد النسبة المثالية للصوديوم/المذيب وتقليل الإجهادات الميكانيكية التي عادةً ما تحد من عمر البطارية.

النتيجة العملية هي زيادة معدل الشحن (C-rate) مع استقرار: عندما يسهل الانتشار، تدعم الخلية تيارات أعلى بدون تدهور سريع. هذا التقدم يتوافق مع طرق الشحن فائق السرعة الأخرى، مثل البحث عن أنودات ومواد إلكتروليت عالية القدرة التي تظهر في تقنيات الشحن الفائق السرعة، كمبادرات مثل الشحن في 10 دقائق من StoreDot/Polestar.

ما هي الفوائد من حيث الكفاءة، الدورة والأمان في بطاريات الصوديوم‑أيون؟

عن طريق تثبيت بنية الكاثود أثناء التسلسل المشترك، ترتفع الكفاءة الكولومبية ويحسن الاحتفاظ بالسعة عند التيارات العالية. الصوديوم أكثر أمانًا بطبيعته (مع خطر حراري أقل مقارنة بأنظمة الجهد العالي)، وغياب الليثيوم والنيكل والكوبالت يقلل من التكاليف ومخاطر سلسلة التوريد.

في الأرقام النموذجية من السوق والمختبر، توفر خلايا الصوديوم‑أيون حالياً حوالي 120–160 واط ساعة/كجم (للطاقة لكل خلية)، مع إمكانية الوصول إلى معدلات 3–5C مستدامة و 1500–4000 دورة اعتمادًا على الكيمياء. هناك أبحاث تسعى لزيادة عمر الاستخدام أكثر، وهو موضوع مرتبط بمناقشة متانة السيارات الكهربائية — راجع التحليل حول “بطارية شبه أبدية” في السيارات الكهربائية.

أين يكون الصوديوم‑أيون أكثر فائدة أولاً؟

• السيارات الكهربائية الحضرية المدمجة
• الأساطيل واللوجستيات الخفيفة
• التخزين الثابت
• الحافلات الحضرية وخطوط النقل السريع (BRT)
• تطبيقات درجات الحرارة المنخفضة

هل يمكن لهذه البطاريات شحن السيارات الكهربائية خلال دقائق عمليًا؟

تشير الدراسة إلى نعم، على الأقل على مستوى الخلية: السلوك “مشابه لمكثف فائق” خلال المرحلة من التسلسل المشترك يسمح بتيارات عالية مع الحد الأدنى من تدهور الأداء. بالنسبة للمركبة، السر يكمن في دمج الكيمياء مع إدارة حرارية فعالة، وأنظمة إدارة البطارية عالية الدقة، والهندسة الكهربائية المصممة لتحمل قدرات عالية في الذروات.

البنية التحتية تمثل الجانب الآخر من العملة: الشحن خلال دقائق يتطلب محطات عالية القدرة وبروتوكولات قوية. والنظام البيئي يتقدم بالفعل في هذا الاتجاه، مع حلول تصل إلى القدرة 1000 كيلوواط، مثل شاحن بقوة 1 ميغاواط أطلقته BYD، مما يمكّن من ذروات تقلل بشكل كبير من زمن التوقف.

الصوديوم مقابل الليثيوم، وLFP، والصلب، والمكثفات الفائقة؟

يميل الصوديوم‑أيون إلى أن يكون أرخص وأكثر أمانًا، لكنه يمتلك كثافة طاقة أقل من أنودات NMC/NCA وقريبة من بطاريات الــLFP في بعض المسارات. تُعد الحالة الصلبة بوعد بكثافة وأمان أعلى، ولكنها لا تزال تواجه تحديات صناعية وتكلفة. المكثفات الفائقة توفر قدرة عالية جدًا، ولكنها تملك طاقة منخفضة؛ التسلسل المشترك يقرّب بين الصوديوم وقوتها، مع الحفاظ على الطاقة المفيدة. لمتابعة القادم، تابع أيضًا التطور الموازي في بطاريات الحالة الصلبة.

مقارنة سريعة

• الصوديوم‑أيون: منخفضة التكلفة، آمنة نسبياً
• LFP: مستقر، طاقة معتدلة
• NMC/NCA: طاقة عالية، تكلفة أعلى
• الحالة الصلبة: إمكانات عالية، قيد الاختبار
• المكثف الفائق: أقصى قدرة، طاقة منخفضة
• الصوديوم بالتسلسل المشترك: قوة عالية + طاقة مفيدة

متى ستصل بطاريات الصوديوم‑أيون إلى السيارات وتكلفتها؟

مع وجود برامج تجريبية صناعية بالفعل قيد التنفيذ، يتوقع أن تظهر تطبيقات أولية في القطاع السيارات الحضرية والتجارية لمسافات قصيرة، تتبعها توسعات في المنصات. من المتوقع أن ينخفض سعر الكيلوواط ساعة مع التوسع في الإنتاج والتخلص من المعادن الحيوية، مما يفتح مجالًا لسيارات كهربائية أكثر سعرًا في الأسواق العالمية، مقاسة بالدولارات أو اليورو.

بالإضافة إلى التطبيق الرئيسي في السيارات، يناسب الصوديوم‑أيون بشكل مثالي الاستخدام “ثاني” للتخزين الثابت، مما يزيد من العائد على الاستثمار ويعزز استدامة النظام. موضوع إعادة الاستخدام يزداد، ويمكن أن يحقق مليارات من الأرباح، كما تم تحليله في تقرير سوق بطاريات الحياة الثانية.

الأسئلة الشائعة — الأسئلة المتكررة

• ما هو التسلسل المشترك؟ هو إدراج متزامن لأيونات الصوديوم والمذيب في الكاثود، مما يقلل المقاومة ويعجل الانتشار أثناء الشحن والتفريغ.
• ما هو كثافة الطاقة للصوديوم‑أيون؟ حالياً تتراوح بين 120 و160 واط ساعة/كجم (للطاقة لكل خلية)، مع مسارات لتحسينات إضافية مع تطور المواد والتصميم.
• هل يشحن أسرع من LFP؟ في بعض الكيميائيات مع التسلسل المشترك، نعم، بفضل تقليل القطبية وتحمل أفضل للتيارات العالية.
• ما هو عمر الاستخدام؟ يتراوح عادة بين 1500 و4000 دورة، ويختلف حسب المواد ومعدل الشحن والتحكم الحراري؛ وتُصمم المشاريع لزيادة هذه الفترة.
• وماذا عن البرودة؟ يميل الصوديوم إلى الأداء بشكل أفضل نسبياً من الليثيوم في درجات الحرارة المنخفضة، خاصة مع الإلكتروليتات المحسنة.

ما رأيك في تسلسل الصوديوم‑أيون مع التسلسل المشترك في السيارات الكهربائية: ثورة أم خطوة وسيطة؟ اترك تعليقك وسنناقش.