لماذا لا تُستخدم بطاريات بدء تشغيل السيارات الليثيوم أيون على نطاق واسع؟

إذًا، عندما نتحدث عن بطاريات السيارات، دعونا نتفهم أننا نشير إلى بطارية التشغيل، وهي العضو الحيوي الذي يساعد في بدء تشغيل المحرك وتوفير الطاقة للسيارات التقليدية ذات المحركات الاحتراقية. وهذه تُضاف إلى البطارية الجرّارة الكبيرة التي تستخدمها المركبات الكهربائية (EV) لتحقيق المدى والقوة. وعلى الرغم من استخدام تقنية الليثيوم أيون بشكل متزايد في مجموعة واسعة من التطبيقات، إلا أنها لا تزال غير شائعة فيما يتعلق ببطاريات تشغيل السيارات. يستعرض هذا المقال الصورة الكبيرة وراء ذلك، ويبحث في الجوانب التكنولوجية والاقتصادية واللوجستية التي حالت دون انتشار بطاريات الليثيوم أيون على نطاق واسع في هذا المجال.

ما وظيفة بطاريات تشغيل السيارات؟

البطاريات الابتدائية التي تُستخدم في المركبات الآلية مصممة لإنتاج دفعة قصيرة من الطاقة، تكفي تقريبًا فقط لتشغيل المحرك وبدء عملية الاحتراق. كما يجب أن تعمل بأداء عالٍ بغض النظر عن الظروف، سواء في شتاءات شديدة البرودة أو صيف حارق، وأن تعمل بانسجام مع الأنظمة الإلكترونية للمركبة. إن بدء تشغيل المحرك، على عكس بطاريات السيارات الكهربائية التي تم تحسينها بعناية لتحقيق كثافة طاقة عالية (للسيارات ذات المدى الطويل)، يتطلب متطلبات مختلفة تمامًا: كثافة القدرة وعمر البطارية في دورات القدرة العالية. هذه النقطة مهمة، لأنها تحدد الحد الأقصى الذي تُقاس عليه أي تقنية بطاريات تنافسية تسعى لأداء مثل هذه الوظائف. تُعد تقنية الليثيوم أيون ناضجة بشكل عام، لكنها تواجه على الفور مجموعة من المشاكل عند استخدامها في هذه التطبيقات، والتي سنناقشها في الأقسام التالية.

القيود التقنية والأداء

تُستخدم بطارية الليثيوم أيون، والتي تتميز بكثافة طاقة أعلى ووزن أخف مقارنة بالaccumulator الرصاصي التقليدي. ومع ذلك، فإن هذه المزايا لا تكون ذات جدوى كبيرة في العديد من التطبيقات. وثمة سؤال آخر هو أداؤها في درجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة. ففي المناخ البارد، يمكن أن تكون خلايا الليثيوم أيون صعبة الاستخدام لأنها توفر عددًا محدودًا من الأمبيرات اللازمة لتشغيل المحرك، وهي غير كافية لإشعال السيارة. على العكس من ذلك، فإن البطاريات الرصاصية الحمضية تظل قوية في مثل هذه الظروف ويمكنها دائمًا توفير الطاقة، حتى في البرد الشديد. علاوة على ذلك، تتطلب بطارية الليثيوم أيون المذكورة سابقًا نظامًا معقدًا لمراقبة الجهد لمنع الشحن الزائد و/أو أجهزة لمنع التفريغ المفرط عند شحنها بواسطة وسائل شحن في مركبة ليست مهيأة لذلك، على سبيل المثال لأن هذه المركبة تحتاج فقط إلى كاشفات رصاصية حمضية أبسط بكثير. كما يجب مراقبة بطاريات الليثيوم أيون عن كثب وإدارتها بعناية، وإلا فقد تتعرض للتلف أو التدمير، مما يضيف تعقيدًا وتكاليف إضافية.

الشواغل الاقتصادية والسلامة

السعر مشكلة أخرى تتعلق ببطاريات الليثيوم-أيون الابتدائية. إنها أكثر تكلفة بشكل ملحوظ في الإنتاج مقارنةً ببطاريات الرصاص الحمضية، التي استفادت من عقود من التحسين والاقتصادات القياسية. ومع ذلك، حتى عند هذا السعر، فإن بطاريات الرصاص الحمضية لا تكفي سوى الحد الأدنى لمتطلبات غالبية المستخدمين النهائيين والمنتجين. والسلامة عامل حاسم آخر. بطارية الليثيوم-أيون قد تكون خطرة أو غير آمنة إذا تم ثقب البطارية أو تسخينها أو حدوث دارة قصيرة فيها. ولهذا السبب أيضًا، على الرغم من أنها ليست آمنة تمامًا، تُعد بطاريات الرصاص الحمضية أكثر أمانًا/استقرارًا في ظروف الخدمة القاسية (مثل الاستخدامات المرتبطة بالسيارات). ونتيجةً لهذه العوامل، فإن بطاريات الليثيوم-أيون غير مناسبة بشكل جيد للاستخدام الواسع في بطاريات التشغيل من حيث الجوانب الاقتصادية والأمنية.

شيوع بطاريات الرصاص الحمضية

هناك سبب يجعل بطارية الرصاص الحمضية موجودة منذ أكثر من 100 عام باعتبارها المصدر الأساسي للتشغيل في السيارات. فهي موثوقة جداً ويمكنها تزويد التيار العالي اللازم لتشغيل محرك دون تدهور شديد عند التفريغ. علاوة على ذلك، فإن هذه التكنولوجيا ناضجة بالفعل؛ ولديها عمليات تصنيع وإعادة تدوير تعيد معظم المواد إلى مكانها، وفقاً لأبحاث منشورة تشير إلى استدامتها. ويُضاف إلى ذلك أن بطاريات الرصاص الحمضية تناسب هياكل المركبات الحالية، وتبين أنها لا تتطلب تغييرات كبيرة في الأنظمة مثل محطات الشحن أو البنية التحتية الكهربائية. وبطبيعة الحال، فإن سهولة دمجها مع التقنيات والمصانع الأخرى إلى جانب انخفاض تكلفتها يجعلها خياراً واضحاً. والخلاصة هي أن صناعة السيارات تستفيد قليلاً من الانتقال إلى بطاريات الليثيوم أيون للتشغيل، خاصةً عندما توفر تكنولوجيا الرصاص الحمضية الراسخة راحة بال للمستهلك.

ال prospects المستقبلية والاتجاهات الصناعية

قد تكون كل هذه الأمور مختلفة في المستقبل بالنسبة لبطاريات التشغيل، لكن من المتوقع أن تكون هذه التغيرات طفيفة. ومع ذلك، فإن هذه القيود تصبح أكثر قابلية للإدارة بفضل التطورات في كيمياء الليثيوم-أيون، بما في ذلك التحديثات الخاصة بأنواع مختلفة من مشتقات فوسفات الحديد الليثيوم التي تجعلها أكثر أمانًا و/أو تحسّن تكلفتها. لكن التكنولوجيا ستحتاج إلى التطور، ويجب أن تتأقلم معها ممارسات الصناعة والمستهلكون، وفقًا لمراقبين في القطاع. ومع إدخال المركبات لمزيد من الميزات الإلكترونية والتحول نحو الهجين، قد تتغير متطلبات بطاريات التشغيل، مما يخلق فرصة محتملة لاستخدام بطاريات الليثيوم-أيون. لكن بطاريات الرصاص الحمضية ستظل التكنولوجيا السائدة على المدى القصير، نظرًا لوجود بنية تحتية راسخة وتوفرها مزايا اقتصادية. وسيكون الانتقال إلى التكنولوجيات الجديدة مزيجًا من الابتكار والضرورة الوظيفية.

باختصار، لا تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون في السيارات بنظام الإيقاف والإشعال بشكل واسع بسبب القيود المتعلقة بالأداء والآثار المرتبطة بالتكلفة، بالإضافة إلى المخاوف المتعلقة بالسلامة والقاعدة الراسخة للغاية لتكنولوجيا البطاريات الرصاصية الحمضية. تُعد تكنولوجيا الليثيوم أيون واعدة للتطبيقات الأخرى، لكنها لم تُستخدم بعد على نحو كبير في عمليات تشغيل السيارات التقليدية. تفسر هذه العوامل سبب استمرار تطوير الابتكارات في قطاعات أخرى، بينما تُعتبر الحلول المجربة والموثوقة هي الأنسب لمواجهة احتياجات قطاع السيارات.