ما هي مزايا بطاريات تخزين الطاقة؟

المسار التقني لصناعة تخزين الطاقة في الصين - تخزين الطاقة الكهروكيميائية: تشمل مواد الكاثود الشائعة في بطاريات الليثيوم حاليًا أكسيد الليثيوم والكوبالت (LCO)، وأكسيد الليثيوم والمنغنيز (LMO)، وفوسفات الليثيوم والحديد (LFP)، والمواد الثلاثية. يُعد كوبالتات الليثيوم أول مادة كاثود تجارية تتميز بجهد عالٍ، وكثافة عالية، وبنية مستقرة، وأمان جيد، ولكنها ذات تكلفة عالية وسعة منخفضة. يتميز منغنيز الليثيوم بتكلفة منخفضة وجهد عالٍ، ولكن أداء دوراته ضعيف وسعته منخفضة أيضًا. تختلف سعة وتكلفة المواد الثلاثية وفقًا لمحتوى النيكل والكوبالت والمنغنيز (بالإضافة إلى NCA). كثافة الطاقة الإجمالية أعلى من كثافة فوسفات الليثيوم والحديد وكوبالتات الليثيوم. يتميز فوسفات الليثيوم والحديد بتكلفة منخفضة، وأداء دورات جيد، وأمان جيد، ولكن منصة جهده منخفضة وكثافة ضغطه منخفضة، مما يؤدي إلى انخفاض كثافة الطاقة الإجمالية. في الوقت الحالي، يهيمن على قطاع الطاقة المواد الثلاثية وحديد الليثيوم، بينما يهيمن كوبالت الليثيوم على قطاع الاستهلاك. يمكن تقسيم مواد الأقطاب السالبة إلى مواد كربونية ومواد غير كربونية: تشمل المواد الكربونية الجرافيت الاصطناعي، والجرافيت الطبيعي، وكرات الكربون الميزوفازية الدقيقة، والكربون اللين، والكربون الصلب، وغيرها؛ بينما تشمل المواد غير الكربونية تيتانات الليثيوم، والمواد القائمة على السيليكون، والمواد القائمة على القصدير، وغيرها. يُعدّ الجرافيت الطبيعي والجرافيت الاصطناعي الأكثر استخدامًا حاليًا. على الرغم من مزايا الجرافيت الطبيعي من حيث التكلفة والسعة النوعية، إلا أن عمره الافتراضي قصير وتجانسه ضعيف؛ في المقابل، يتميز الجرافيت الاصطناعي بخصائص متوازنة نسبيًا، مع أداء دوران ممتاز وتوافق جيد مع الإلكتروليت. يُستخدم الجرافيت الاصطناعي بشكل أساسي في بطاريات الطاقة للمركبات ذات السعة الكبيرة وبطاريات الليثيوم الاستهلاكية عالية الأداء، بينما يُستخدم الجرافيت الطبيعي بشكل أساسي في بطاريات الليثيوم الصغيرة وبطاريات الليثيوم الاستهلاكية للأغراض العامة. لا تزال المواد القائمة على السيليكون ضمن المواد غير الكربونية قيد البحث والتطوير المستمر. يمكن تقسيم فواصل بطاريات الليثيوم إلى فواصل جافة وفواصل رطبة وفقًا لعملية الإنتاج، وسيكون طلاء الغشاء الرطب في الفواصل الرطبة هو الاتجاه السائد. لكل من المعالجة الرطبة والمعالجة الجافة مزاياها وعيوبها. تتميز المعالجة الرطبة بصغر حجم المسام وتجانسها، وطبقة رقيقة، لكنها تتطلب استثمارًا كبيرًا، وتعتمد على عملية معقدة، وتُسبب تلوثًا بيئيًا كبيرًا. أما المعالجة الجافة، فهي أبسط نسبيًا، وتُنتج قيمة مضافة عالية، وصديقة للبيئة، لكن يصعب التحكم في حجم المسام ومسامية المنتج، كما يصعب ترقيقه.

المسار التقني لصناعة تخزين الطاقة في الصين - تخزين الطاقة الكهروكيميائية: بطارية الرصاص الحمضية (VRLA) هي بطارية يتكون قطبها الكهربائي بشكل أساسي من الرصاص وأكسيده، ومحلول حمض الكبريتيك هو الإلكتروليت. في حالة شحن بطارية الرصاص الحمضية، يكون المكون الرئيسي للقطب الموجب هو ثاني أكسيد الرصاص، والمكون الرئيسي للقطب السالب هو الرصاص؛ أما في حالة التفريغ، فيكون المكون الرئيسي لكل من القطبين الموجب والسالب هو كبريتات الرصاص. مبدأ عمل بطارية الرصاص الحمضية هو أنها نوع من البطاريات التي تستخدم ثاني أكسيد الكربون والرصاص المعدني الإسفنجي كمواد فعالة موجبة وسالبة على التوالي، ومحلول حمض الكبريتيك كإلكتروليت. تتميز بطاريات الرصاص الحمضية بمزايا عديدة، منها نضج سلسلة التوريد الصناعية، وأمان الاستخدام، وسهولة الصيانة، وانخفاض التكلفة، وطول العمر الافتراضي، وثبات الجودة. أما عيوبها فتتمثل في بطء سرعة الشحن، وانخفاض كثافة الطاقة، وقصر عمر الدورة، وسهولة التسبب بالتلوث. تُستخدم بطاريات الرصاص الحمضية كمصادر طاقة احتياطية في الاتصالات، وأنظمة الطاقة الشمسية، وأنظمة المفاتيح الإلكترونية، ومعدات الاتصالات، ومصادر الطاقة الاحتياطية الصغيرة (مثل أنظمة UPS وECR وأنظمة النسخ الاحتياطي للحاسوب)، ومعدات الطوارئ، بالإضافة إلى استخدامها كمصادر طاقة رئيسية في معدات الاتصالات، وقاطرات التحكم الكهربائية (مثل مركبات الاستحواذ، ومركبات النقل الآلية، والمركبات الكهربائية)، ومحركات تشغيل الأدوات الميكانيكية (مثل المثاقب اللاسلكية، والمفكات الكهربائية، والزحافات الكهربائية)، والمعدات/الأجهزة الصناعية، والكاميرات، وغيرها.

المسار التقني لصناعة تخزين الطاقة في الصين - تخزين الطاقة الكهروكيميائية: بطارية التدفق السائل وبطارية الصوديوم والكبريت. تُعد بطارية التدفق السائل نوعًا من البطاريات التي تخزن الكهرباء وتفرغها من خلال التفاعل الكهروكيميائي للأزواج الكهربائية الذائبة على قطب خامل. يتكون هيكل بطارية التدفق السائل النموذجية من: قطبين موجب وسالب؛ حجرة قطب محاطة بغشاء وقطب كهربائي؛ خزان إلكتروليت، ومضخة، ونظام أنابيب. بطارية التدفق السائل هي جهاز لتخزين الطاقة الكهروكيميائية، حيث تُحقق التحويل المتبادل بين الطاقة الكهربائية والطاقة الكيميائية من خلال تفاعل الأكسدة والاختزال للمواد الفعالة السائلة، مما يُتيح تخزين الطاقة الكهربائية وإطلاقها. توجد أنواع وأنظمة فرعية عديدة لبطاريات التدفق السائل. حاليًا، لا يوجد سوى أربعة أنواع من أنظمة بطاريات التدفق السائل التي خضعت لدراسة معمقة على مستوى العالم، وهي: بطارية التدفق السائل المصنوعة من الفاناديوم، وبطارية التدفق السائل المصنوعة من الزنك والبروم، وبطارية التدفق السائل المصنوعة من الحديد والكروم، وبطارية التدفق السائل المصنوعة من كبريتيد الصوديوم/البروم. تتكون بطارية الصوديوم والكبريت من قطب موجب، وقطب سالب، ومحلول إلكتروليتي، وغشاء، وهيكل، وهي تختلف عن البطاريات الثانوية العامة (بطارية الرصاص الحمضية، وبطارية النيكل والكادميوم، إلخ). تتكون بطارية الصوديوم والكبريت من قطب منصهر ومحلول إلكتروليتي صلب. المادة الفعالة في القطب السالب هي الصوديوم المعدني المنصهر، والمادة الفعالة في القطب الموجب هي الكبريت السائل وملح كبريتيد الصوديوم المنصهر. يتكون مصعد بطارية الصوديوم والكبريت من الكبريت السائل، ويتكون مهبطها من الصوديوم السائل، ويفصل بينهما أنبوب من مادة السيراميك مصنوع من بيتا ألومنيوم. يجب الحفاظ على درجة حرارة تشغيل البطارية أعلى من 300 درجة مئوية للحفاظ على القطب في حالة انصهار. المسار التقني لصناعة تخزين الطاقة في الصين - خلية الوقود: خلية تخزين طاقة الهيدروجين. خلية وقود الهيدروجين هي جهاز يحول الطاقة الكيميائية للهيدروجين مباشرة إلى طاقة كهربائية. المبدأ الأساسي هو دخول الهيدروجين إلى مصعد خلية الوقود، حيث يتحلل إلى بروتونات غازية وإلكترونات بفعل عامل حفاز. تمر بروتونات الهيدروجين المتكونة عبر غشاء تبادل البروتونات لتصل إلى مهبط خلية الوقود وتتحد مع الأكسجين لتكوين الماء. تصل الإلكترونات إلى مهبط خلية الوقود عبر دائرة خارجية لتكوين تيار كهربائي. وهو في جوهره جهاز لتوليد الطاقة عن طريق التفاعل الكهروكيميائي. وقد تضاعف حجم سوق صناعة تخزين الطاقة العالمية، وتضاعفت السعة المركبة الجديدة لهذه الصناعة. ولا تزال بطاريات الليثيوم أيون هي الشكل السائد لتخزين الطاقة، لما تتمتع به من مزايا ككثافة الطاقة العالية، وكفاءة التحويل العالية، والاستجابة السريعة، وغيرها. وتمثل حاليًا النسبة الأكبر من السعة المركبة باستثناء التخزين بالضخ. هذا وفقًا للورقة البيضاء حول تطوير صناعة بطاريات الليثيوم أيون في الصين (2022) الصادرة بالاشتراك بين EVTank ومعهد Ivy للاقتصاد. بحسب بيانات الورقة البيضاء، سيبلغ إجمالي شحنات بطاريات الليثيوم أيون عالميًا 562.4 جيجاواط/ساعة في عام 2021، بزيادة ملحوظة قدرها 91% على أساس سنوي، كما ستتجاوز حصتها في منشآت تخزين الطاقة الجديدة عالميًا 90%. ورغم أن أشكال تخزين الطاقة الأخرى، مثل بطاريات تدفق الفاناديوم وبطاريات أيونات الصوديوم والهواء المضغوط، بدأت تحظى باهتمام متزايد في السنوات الأخيرة، إلا أن بطاريات الليثيوم أيون لا تزال تتمتع بمزايا كبيرة من حيث الأداء والتكلفة وسهولة التصنيع. وعلى المدى القريب والمتوسط، ستظل بطاريات الليثيوم أيون الشكل الرئيسي لتخزين الطاقة في العالم، وستبقى نسبتها في منشآت تخزين الطاقة الجديدة مرتفعة.

تركز شركة Longrun-energy على مجال تخزين الطاقة وتدمج قاعدة خدمات سلسلة إمداد الطاقة لتوفير حلول تخزين الطاقة للمنازل والقطاعات الصناعية والتجارية، بما في ذلك التصميم والتدريب على التجميع وحلول السوق والتحكم في التكاليف والإدارة والتشغيل والصيانة، وما إلى ذلك. وبفضل سنوات عديدة من التعاون مع مصنعي البطاريات ومصنعي العاكسات المعروفين، قمنا بتلخيص التكنولوجيا والخبرة التطويرية لبناء قاعدة خدمات متكاملة لسلسلة الإمداد.