خمس قضايا رئيسية لبطاريات الصوديوم والكبريت

مع التطوير المستمر لتكنولوجيا بطاريات الصوديوم والكبريت (NaS)، لا تزال هناك بعض الشكوك حول جدواها التجارية على المدى القصير. ولمعالجة هذه المخاوف, ساينس تايمز أجريت مقابلات مع الباحثين المشاركين في تطوير بطاريات الصوديوم والكبريت، بما في ذلك البروفيسور وين تشاويين وليو يو وكبير المهندسين تساو جيادي من معهد شنغهاي للسيليكات التابع للأكاديمية الصينية للعلوم. وفيما يلي تحليل مفصل للقضايا الرئيسية الخمس المحيطة ببطاريات الصوديوم والكبريت.

المسألة 1: مخاوف تتعلق بالسلامة

"تتعلق مخاوف السلامة بشكل أكثر دقة بالموثوقية التشغيلية."

الشكوك: كبريت الصوديوم والكبريت البطاريات تعمل عند درجات حرارة تتراوح بين 300 درجة مئوية و350 درجة مئوية. وفي حالة تلف عازل السيراميك والتسبب في حدوث ماس كهربائي فإن الصوديوم السائل عالي الحرارة والكبريت سيتلامس مباشرة مع بعضهما البعض، مما يتسبب في حدوث تفاعل طارد للحرارة عنيف ويولد درجات حرارة عالية تصل إلى 2000 درجة مئوية، وهو أمر خطير للغاية.

ون تشاويين منذ أن بدأت شركة NGK Corporation عملياتها التجريبية في عام 1992، تم إنشاء أكثر من 100 محطة لتخزين طاقة بطاريات الصوديوم والكبريت في اليابان، ولم يقع سوى حادث حريق واحد خلال 18 عامًا. وقد تم إطفاء هذا الحادث ذاتيًا قبل وصول قسم الإطفاء وتم تصنيفه كحادث بسيط. وقد نشرت وسائل الإعلام اليابانية تقارير موسعة عن بطاريات الصوديوم والكبريت لتغيير التصور العام واكتساب القبول. والواقع أن جميع أنظمة تخزين الطاقة تنطوي بطبيعتها على مخاطر تتعلق بالسلامة لأنها أنظمة مركزة للطاقة. ومع ذلك، ولأن بطاريات الصوديوم والكبريت تستخدم فواصل صلبة من السيراميك بدون غاز، فإنها لا تنفجر. وبالمقارنة مع بعض أنواع البطاريات الأخرى، فإن بطاريات الصوديوم والكبريت لديها معدل حوادث أقل بكثير. ولمنع تلامس الصوديوم والكبريت مع بعضهما البعض بشكل مباشر، تم تصميم بطاريات الصوديوم والكبريت بتدابير سلامة متعددة لضمان أنه حتى في حالة تلف المادة الخزفية فإن البطارية لن تتسرب أو تسبب مشاكل أخرى تتعلق بالسلامة. وحتى الآن، لم تقع أي حوادث تتعلق بالسلامة مع بطاريات الصوديوم والكبريت التي طورها معهد شنغهاي للسيليكات، ولا تزال اختبارات الموثوقية طويلة الأجل جارية.

الإصدار 2: العمر الافتراضي

"بمجرد استخدام المواد والمكونات العملية، يمكن أن يصل العمر الافتراضي للمنتج إلى 10 سنوات."

الشكوك: يؤثر العمر الافتراضي القصير نسبياً لبطاريات الصوديوم والكبريت على فعاليتها من حيث التكلفة ويعيق تطبيقها التجاري.

ون تشاويين على عكس البطاريات، ليس لبطاريات الصوديوم والكبريت تفاعلات جانبية، ويمكن استخدام موادها النشطة بشكل عكسي دون أن تستهلك. ومع ذلك، يمكن أن تتآكل المكونات المعدنية التي تعمل في درجات حرارة عالية في وسط الكبريت والكبريتيد، مما يؤثر على عمر البطارية. ولذلك، تستخدم بطاريات الصوديوم والكبريت الصوديوم تدابير خاصة مضادة للتآكل للمكونات المعدنية. العمر الافتراضي المتوقع لبطاريات الصوديوم والكبريت البطاريات التي يجري اختبارها في معهد شنغهاي للسيليكات هي 8 سنوات، مع مستويات تدهور أولية مماثلة لتلك الموجودة في اليابان. وبمجرد تقدم التصنيع ومعالجة تناسق المواد والبطاريات، يمكن أن يصل العمر الافتراضي إلى 10 سنوات أو أكثر. وحاليًا، يبلغ عمر المنتجات في اليابان حوالي 15 عامًا.

المسألة 3: التحكم في درجة الحرارة

"تتمتع الوحدة بعزل ممتاز، مما يسمح لها بالحفاظ على تشغيل منخفض الطاقة لفترة من الوقت."

الشكوك: تتطلب بطاريات كبريت الصوديوم والكبريت درجات حرارة أعلى من 300 درجة مئوية لبدء التشغيل، مما يطرح مشاكل في العزل واستهلاك الطاقة. ويحد وقت بدء التشغيل الطويل من استخدامها.

كاو جيادي تمتص بطاريات الصوديوم والكبريت الطاقة أثناء الشحن وتتطلب طاقة كهربائية إضافية للتدفئة. ومع ذلك، أثناء التفريغ، تكون الحرارة المتولدة كافية للحفاظ على درجة حرارة التشغيل اللازمة. وعلاوة على ذلك، تتمتع وحدات البطاريات التي طورها معهد شنغهاي للسيليكات بعزل ممتاز، مما يحافظ على درجة الحرارة حتى بدون تدفئة خارجية. تستغرق منتجات NGK حوالي نصف شهر لتبرد من درجة حرارة التشغيل إلى درجة حرارة الغرفة، ويمكنها الحفاظ على التشغيل منخفض الطاقة لمدة تصل إلى أسبوع بعد فقدان الطاقة.

الإصدار 4: التخلص من البطارية

"لقد أنشأت اليابان بالفعل تكنولوجيا ناضجة إلى حد ما لإعادة التدوير."

الشكوك: يصعب التخلص من البطاريات التالفة، وهي إحدى نقاط ضعف بطاريات الصوديوم والكبريت.

ليو يو كبريت الصوديوم والكبريت البطاريات تختلف عن الأنواع الأخرى لأنها قابلة للتفكيك، مما يعني أن معدل إعادة تدويرها أعلى بطبيعتها. المكونات الخزفية ومركبات الصوديوم والكبريت غير متوافقة ويمكن فصلها بالكامل لإعادة التدوير. كما يمكن أن تتحلل مركبات الصوديوم والكبريت بشكل عكسي إلى صوديوم وكبريت. كما يمكن إعادة تدوير المكونات المعدنية الأخرى. وقد أنشأت اليابان نظامًا متطورًا لإعادة التدوير، وبدأ معهد شنغهاي للسيليكات في تطوير تقنيات إعادة التدوير النظيفة التي تتيح استعادة الصوديوم والكبريت والمكونات المعدنية وإعادة استخدامها. ومع ذلك، هناك حاجة إلى مزيد من البحوث لتحديد كيفية إعادة تدوير بطاريات الصوديوم والكبريت بكفاءة في الصين.

المسألة 5: التكلفة

"لن تكون أسعارنا أعلى من أسعار اليابان."

الشكوك: هل يمكن أن تكون تكلفة كبريت الصوديوم والكبريت المحلي البطاريات إلى مستوى يدعم الاستخدام التجاري؟

ون تشاويين من بين بطاريات تخزين الطاقة ذات السعة الكبيرة، وبصرف النظر عن بطاريات الرصاص الحمضية منخفضة الأداء نسبياً، فإن بطاريات الصوديوم والكبريت هي الأقل تكلفة. ووفقًا للبيانات اليابانية، يبلغ سعر بطاريات الليثيوم أيون حوالي ثلاثة أضعاف سعر بطاريات الصوديوم والكبريت، كما أن بطاريات التدفق أكثر تكلفة. وبالتالي، تتمتع بطاريات الصوديوم والكبريت بميزة من حيث التكلفة. وعلاوة على ذلك، فإن المواد الخام للصوديوم والكبريت والسيراميك وفيرة ورخيصة في الطبيعة، كما أن الصوديوم والكبريت لهما تطبيقات خاصة قليلة، مما يقلل من تقلب الأسعار. لم تحقق الصين بعد تطبيقات تجارية واسعة النطاق، لذلك لا يزال السعر غير مؤكد. ومع ذلك، من المرجح أن تنخفض التكلفة مع التوسع الصناعي والتقدم في التصنيع. وتبلغ أسعار منتجات شركة NGK حوالي 2000-2500 يوان صيني لكل كيلوواط ساعة، ولن تكون المنتجات المحلية أغلى من المنتجات الأجنبية.

الخاتمة

على الرغم من أن بطاريات الصوديوم والكبريت تواجه تحديات في السلامة والعمر الافتراضي والتحكم في درجة الحرارة وإعادة التدوير والتكلفة، إلا أنها تبشر بالخير كحل تخزين للمستقبل. تتغلب التحسينات التكنولوجية تدريجياً على هذه التحديات، ولا يزال مستقبل بطاريات الصوديوم والكبريت في تخزين الطاقة وأنظمة الطاقة واعداً مع استمرار انخفاض التكاليف وزيادة الموثوقية.