الرئيسية
وتبرز تقنية بطاريات الليثيوم والهواء باعتبارها أحد المسارات البحثية التي قد تتيح مستقبلاً تخزين كميات كبيرة من الطاقة ضمن وزن أقل بكثير من البطاريات التقليدية. إلا أن الحديث عن مدى يصل إلى 2000 كيلومتر لا يعني أن هناك سيارة كهربائية متاحة حالياً تستطيع تحقيق هذا الرقم، إذ يتعلق الأمر أساساً بإمكانات نظرية للكيمياء المستخدمة في البطارية، وليس بنتيجة اختبار لسيارة إنتاجية.
الليثيوم والهواء.. مقاربة مختلفة لتخزين الطاقة
تختلف بطاريات الليثيوم والهواء عن البطاريات التقليدية في نقطة أساسية، إذ لا تعتمد بالكامل على تخزين جميع المواد اللازمة للتفاعل الكيميائي داخل الخلية.
وتستخدم هذه التقنية الليثيوم المعدني في القطب السالب، بينما يأتي الأكسجين من الهواء المحيط ليشارك في التفاعل عند القطب الموجب. وخلال عملية التفريغ، يتفاعل الليثيوم مع الأكسجين لتكوين مركبات، من بينها بيروكسيد الليثيوم، قبل أن ينعكس التفاعل أثناء عملية الشحن.
ويمنح الاعتماد على الأكسجين الموجود في الهواء هذه التقنية إمكانية تحقيق كثافة طاقة مرتفعة جداً مقارنة بوزن البطارية، لأن جزءاً من المادة المتفاعلة لا يحتاج إلى تخزينه داخل البطارية منذ البداية.
لكن هذه الميزة تفتح في المقابل مجموعة من التحديات الهندسية، لأن الهواء ليس أكسجيناً نقياً، بل يحتوي أيضاً على الرطوبة وثاني أكسيد الكربون ومكونات أخرى يمكن أن تؤثر في استقرار البطارية وأدائها.
رقم 3505 واط ساعة لكل كيلوغرام.. ماذا يعني؟
حدد وو كاي، كبير العلماء لدى كاتل، تقنية الليثيوم والهواء باعتبارها أحد المسارات البحثية طويلة الأمد التي تعمل عليها الشركة، وذلك خلال منتدى القوى الصناعية للمعدات لعام 2026.
ولم تعلن كاتل عن سيارة إنتاجية تستهدف مدى 2000 كيلومتر، كما لم تحدد موعداً لطرح بطاريات الليثيوم والهواء في الأسواق.
ويرتبط الرقم المتداول بكثافة طاقة نظرية تقارب 3505 واط ساعة لكل كيلوغرام. غير أن هذا الرقم يتعلق بالطاقة النوعية للتفاعل الكيميائي، وليس بكثافة طاقة حزمة بطارية مكتملة يمكن تركيبها مباشرة في سيارة.
وتتداول بعض المقارنات أرقاماً أعلى بكثير لهذه التقنية عند مقارنتها ببطاريات أخرى، لكن تحويل هذه الأرقام النظرية إلى مدى فعلي للسيارة ليس أمراً مباشراً، لأن البطارية النهائية تحتاج إلى أقطاب وإلكتروليت وأنظمة حماية وإدارة حرارية، فضلاً عن منظومة للتحكم في الهواء الداخل إلى الخلية.
الهواء.. مصدر الطاقة وأحد أكبر التحديات
تمثل الاستفادة من الأكسجين الموجود في الهواء إحدى أهم نقاط القوة في بطاريات الليثيوم والهواء، لكنها في الوقت نفسه من أبرز العقبات أمام تحويل التقنية إلى منتج تجاري.
فالهواء المحيط يحتوي على الرطوبة وثاني أكسيد الكربون، ويمكن لهذه العناصر أن تتسبب في تفاعلات جانبية تؤثر سلباً في الليثيوم والإلكتروليت والأقطاب.
كما يمكن أن تتشكل رواسب داخل البنية المسامية للقطب، الأمر الذي قد يعيق وصول الأكسجين ويؤدي إلى تراجع القدرة والسعة مع مرور الوقت.
ولهذا السبب تحتاج البطارية إلى منظومة متكاملة لإدارة الهواء، تشمل إدخاله بطريقة مضبوطة وتنقيته والتحكم في مستوى الرطوبة، إضافة إلى أنظمة للتبريد وإدارة الحرارة.
وهذه التجهيزات نفسها تضيف وزناً وحجماً إلى النظام وتستهلك جزءاً من الطاقة، ما يعني أن الأرقام النظرية الخاصة بكثافة الطاقة لا تعكس بالضرورة الأداء النهائي لبطارية مخصصة للاستخدام في السيارات.
التحدي الأكبر: عمر البطارية وإعادة الشحن
لا يكفي أن تتمكن البطارية من تخزين كمية كبيرة من الطاقة في وزن صغير، بل يجب أن تحافظ أيضاً على أدائها عبر مئات أو آلاف دورات الشحن والتفريغ.
وتواجه بطاريات الليثيوم والهواء تحديات مرتبطة بعملية إعادة الشحن، إذ يجب عكس التفاعلات الكيميائية وإزالة النواتج المتكونة أثناء التفريغ. وقد تتسبب هذه العملية في استهلاك كبير للطاقة وظهور تفاعلات جانبية تؤثر في مكونات الخلية.
ومع تكرار دورات الشحن، يمكن أن تتراكم المواد غير المرغوبة أو تتعرض مكونات البطارية للتدهور، ما يؤدي في النهاية إلى انخفاض السعة والعمر التشغيلي.
ومن هنا، فإن الوصول إلى بطارية ذات كثافة طاقة مرتفعة لا يمثل سوى جزء من المعادلة. فبطارية السيارة المستقبلية يجب أن تجمع بين كثافة الطاقة العالية، والعمر الطويل، والأمان، وسرعة الشحن، والتكلفة المقبولة.
أبحاث متقدمة ولكن الطريق إلى السوق لا يزال طويلاً
لا تعد بطاريات الليثيوم والهواء فكرة جديدة بالكامل، فقد بدأت العديد من المؤسسات البحثية العمل عليها منذ سنوات.
ومن بين المشاريع البارزة مشروع Battery 500 الذي أطلقته شركة IBM عام 2009، وكان يهدف إلى تطوير بطارية معدنية-هوائية قادرة نظرياً على منح السيارة الكهربائية مدى يصل إلى نحو 805 كيلومترات، إلا أن المشروع لم يتحول إلى بطارية سيارات متاحة تجارياً.
وتواصلت الأبحاث خلال السنوات الأخيرة، حيث حققت تجارب مخبرية نتائج متقدمة في كثافة الطاقة وعدد دورات الشحن والتفريغ، لكنها ظلت مرتبطة بظروف وتجهيزات مختبرية محددة لا يمكن بالضرورة إسقاط نتائجها مباشرة على السيارات المنتجة بكميات كبيرة.
وفي عام 2024، أظهرت إحدى الدراسات خلية كيسية محسنة وصلت كثافة طاقتها النوعية إلى نحو 757.5 واط ساعة لكل كيلوغرام، مع تحقيق 241 دورة شحن وتفريغ في ظروف اختبار محددة.
كما تركز أبحاث أخرى على فهم حركة الأكسجين داخل الإلكتروليت وتصميم الأقطاب السميكة، بهدف معالجة إحدى المشكلات الأساسية التي تواجه هذه التقنية.
كاتل تراهن على أكثر من تقنية واحدة
تكمن أهمية دخول كاتل إلى مجال بطاريات الليثيوم والهواء في قدرتها الصناعية الكبيرة وخبرتها الواسعة في تطوير بطاريات السيارات الكهربائية.
لكن ذلك لا يعني أن هذه التقنية هي الأقرب إلى الإنتاج التجاري بالنسبة للشركة. فكاتل تعمل بالتوازي على تقنيات أخرى، من بينها بطاريات أيونات الصوديوم وبطاريات الحالة الصلبة، وهي مسارات تبدو أقرب إلى التطبيقات التجارية من بطاريات الليثيوم والهواء.
وبالتالي، فإن الحديث عن بطارية قادرة على توفير مدى يصل إلى 2000 كيلومتر يجب التعامل معه باعتباره احتمالاً بحثياً طويل الأمد، وليس موعداً محدداً لظهور سيارة بهذا المدى.
السيارات الكهربائية ذات المدى الطويل موجودة بالفعل
وفي الوقت الحالي، لا تحتاج السيارات الكهربائية إلى انتظار بطاريات الليثيوم والهواء للوصول إلى مدى طويل.
فبعض الطرازات الحديثة استطاعت تجاوز حاجز 600 و700 كيلومتر وفق معايير الاختبار المعتمدة، إلا أن تحقيق هذه الأرقام غالباً ما يرتبط ببطاريات كبيرة ومرتفعة التكلفة.
وتقدم هذه السيارات دليلاً على أن زيادة المدى أصبحت ممكنة تقنياً، لكن التحدي يتمثل في تحقيق ذلك من خلال بطاريات أخف وزناً وأقل تكلفة وأكثر كفاءة وأطول عمراً.
ومن هنا تأتي أهمية الأبحاث التي تجريها كاتل وغيرها من الشركات والمختبرات، إذ لا يتمثل الهدف الحقيقي في الوصول إلى رقم قياسي للمدى فقط، وإنما في تطوير بطارية تستطيع تقديم كثافة طاقة مرتفعة مع الحفاظ على الاستقرار والأمان وقابلية الإنتاج التجاري.
وفي النهاية، قد تكون بطاريات الليثيوم والهواء إحدى التقنيات التي تغير مستقبل السيارات الكهربائية، لكنها لا تزال في مرحلة البحث والتطوير. أما الوصول إلى مدى يبلغ 2000 كيلومتر في سيارة إنتاجية، فيحتاج إلى تجاوز تحديات كبيرة تتعلق بالتحمل، وإدارة الهواء، وإعادة الشحن، والتكلفة، قبل أن يصبح هذا الرقم واقعاً يمكن للسائقين الاعتماد عليه.
الليثيوم والهواء.. مقاربة مختلفة لتخزين الطاقة
تختلف بطاريات الليثيوم والهواء عن البطاريات التقليدية في نقطة أساسية، إذ لا تعتمد بالكامل على تخزين جميع المواد اللازمة للتفاعل الكيميائي داخل الخلية.
وتستخدم هذه التقنية الليثيوم المعدني في القطب السالب، بينما يأتي الأكسجين من الهواء المحيط ليشارك في التفاعل عند القطب الموجب. وخلال عملية التفريغ، يتفاعل الليثيوم مع الأكسجين لتكوين مركبات، من بينها بيروكسيد الليثيوم، قبل أن ينعكس التفاعل أثناء عملية الشحن.
ويمنح الاعتماد على الأكسجين الموجود في الهواء هذه التقنية إمكانية تحقيق كثافة طاقة مرتفعة جداً مقارنة بوزن البطارية، لأن جزءاً من المادة المتفاعلة لا يحتاج إلى تخزينه داخل البطارية منذ البداية.
لكن هذه الميزة تفتح في المقابل مجموعة من التحديات الهندسية، لأن الهواء ليس أكسجيناً نقياً، بل يحتوي أيضاً على الرطوبة وثاني أكسيد الكربون ومكونات أخرى يمكن أن تؤثر في استقرار البطارية وأدائها.
رقم 3505 واط ساعة لكل كيلوغرام.. ماذا يعني؟
حدد وو كاي، كبير العلماء لدى كاتل، تقنية الليثيوم والهواء باعتبارها أحد المسارات البحثية طويلة الأمد التي تعمل عليها الشركة، وذلك خلال منتدى القوى الصناعية للمعدات لعام 2026.
ولم تعلن كاتل عن سيارة إنتاجية تستهدف مدى 2000 كيلومتر، كما لم تحدد موعداً لطرح بطاريات الليثيوم والهواء في الأسواق.
ويرتبط الرقم المتداول بكثافة طاقة نظرية تقارب 3505 واط ساعة لكل كيلوغرام. غير أن هذا الرقم يتعلق بالطاقة النوعية للتفاعل الكيميائي، وليس بكثافة طاقة حزمة بطارية مكتملة يمكن تركيبها مباشرة في سيارة.
وتتداول بعض المقارنات أرقاماً أعلى بكثير لهذه التقنية عند مقارنتها ببطاريات أخرى، لكن تحويل هذه الأرقام النظرية إلى مدى فعلي للسيارة ليس أمراً مباشراً، لأن البطارية النهائية تحتاج إلى أقطاب وإلكتروليت وأنظمة حماية وإدارة حرارية، فضلاً عن منظومة للتحكم في الهواء الداخل إلى الخلية.
الهواء.. مصدر الطاقة وأحد أكبر التحديات
تمثل الاستفادة من الأكسجين الموجود في الهواء إحدى أهم نقاط القوة في بطاريات الليثيوم والهواء، لكنها في الوقت نفسه من أبرز العقبات أمام تحويل التقنية إلى منتج تجاري.
فالهواء المحيط يحتوي على الرطوبة وثاني أكسيد الكربون، ويمكن لهذه العناصر أن تتسبب في تفاعلات جانبية تؤثر سلباً في الليثيوم والإلكتروليت والأقطاب.
كما يمكن أن تتشكل رواسب داخل البنية المسامية للقطب، الأمر الذي قد يعيق وصول الأكسجين ويؤدي إلى تراجع القدرة والسعة مع مرور الوقت.
ولهذا السبب تحتاج البطارية إلى منظومة متكاملة لإدارة الهواء، تشمل إدخاله بطريقة مضبوطة وتنقيته والتحكم في مستوى الرطوبة، إضافة إلى أنظمة للتبريد وإدارة الحرارة.
وهذه التجهيزات نفسها تضيف وزناً وحجماً إلى النظام وتستهلك جزءاً من الطاقة، ما يعني أن الأرقام النظرية الخاصة بكثافة الطاقة لا تعكس بالضرورة الأداء النهائي لبطارية مخصصة للاستخدام في السيارات.
التحدي الأكبر: عمر البطارية وإعادة الشحن
لا يكفي أن تتمكن البطارية من تخزين كمية كبيرة من الطاقة في وزن صغير، بل يجب أن تحافظ أيضاً على أدائها عبر مئات أو آلاف دورات الشحن والتفريغ.
وتواجه بطاريات الليثيوم والهواء تحديات مرتبطة بعملية إعادة الشحن، إذ يجب عكس التفاعلات الكيميائية وإزالة النواتج المتكونة أثناء التفريغ. وقد تتسبب هذه العملية في استهلاك كبير للطاقة وظهور تفاعلات جانبية تؤثر في مكونات الخلية.
ومع تكرار دورات الشحن، يمكن أن تتراكم المواد غير المرغوبة أو تتعرض مكونات البطارية للتدهور، ما يؤدي في النهاية إلى انخفاض السعة والعمر التشغيلي.
ومن هنا، فإن الوصول إلى بطارية ذات كثافة طاقة مرتفعة لا يمثل سوى جزء من المعادلة. فبطارية السيارة المستقبلية يجب أن تجمع بين كثافة الطاقة العالية، والعمر الطويل، والأمان، وسرعة الشحن، والتكلفة المقبولة.
أبحاث متقدمة ولكن الطريق إلى السوق لا يزال طويلاً
لا تعد بطاريات الليثيوم والهواء فكرة جديدة بالكامل، فقد بدأت العديد من المؤسسات البحثية العمل عليها منذ سنوات.
ومن بين المشاريع البارزة مشروع Battery 500 الذي أطلقته شركة IBM عام 2009، وكان يهدف إلى تطوير بطارية معدنية-هوائية قادرة نظرياً على منح السيارة الكهربائية مدى يصل إلى نحو 805 كيلومترات، إلا أن المشروع لم يتحول إلى بطارية سيارات متاحة تجارياً.
وتواصلت الأبحاث خلال السنوات الأخيرة، حيث حققت تجارب مخبرية نتائج متقدمة في كثافة الطاقة وعدد دورات الشحن والتفريغ، لكنها ظلت مرتبطة بظروف وتجهيزات مختبرية محددة لا يمكن بالضرورة إسقاط نتائجها مباشرة على السيارات المنتجة بكميات كبيرة.
وفي عام 2024، أظهرت إحدى الدراسات خلية كيسية محسنة وصلت كثافة طاقتها النوعية إلى نحو 757.5 واط ساعة لكل كيلوغرام، مع تحقيق 241 دورة شحن وتفريغ في ظروف اختبار محددة.
كما تركز أبحاث أخرى على فهم حركة الأكسجين داخل الإلكتروليت وتصميم الأقطاب السميكة، بهدف معالجة إحدى المشكلات الأساسية التي تواجه هذه التقنية.
كاتل تراهن على أكثر من تقنية واحدة
تكمن أهمية دخول كاتل إلى مجال بطاريات الليثيوم والهواء في قدرتها الصناعية الكبيرة وخبرتها الواسعة في تطوير بطاريات السيارات الكهربائية.
لكن ذلك لا يعني أن هذه التقنية هي الأقرب إلى الإنتاج التجاري بالنسبة للشركة. فكاتل تعمل بالتوازي على تقنيات أخرى، من بينها بطاريات أيونات الصوديوم وبطاريات الحالة الصلبة، وهي مسارات تبدو أقرب إلى التطبيقات التجارية من بطاريات الليثيوم والهواء.
وبالتالي، فإن الحديث عن بطارية قادرة على توفير مدى يصل إلى 2000 كيلومتر يجب التعامل معه باعتباره احتمالاً بحثياً طويل الأمد، وليس موعداً محدداً لظهور سيارة بهذا المدى.
السيارات الكهربائية ذات المدى الطويل موجودة بالفعل
وفي الوقت الحالي، لا تحتاج السيارات الكهربائية إلى انتظار بطاريات الليثيوم والهواء للوصول إلى مدى طويل.
فبعض الطرازات الحديثة استطاعت تجاوز حاجز 600 و700 كيلومتر وفق معايير الاختبار المعتمدة، إلا أن تحقيق هذه الأرقام غالباً ما يرتبط ببطاريات كبيرة ومرتفعة التكلفة.
وتقدم هذه السيارات دليلاً على أن زيادة المدى أصبحت ممكنة تقنياً، لكن التحدي يتمثل في تحقيق ذلك من خلال بطاريات أخف وزناً وأقل تكلفة وأكثر كفاءة وأطول عمراً.
ومن هنا تأتي أهمية الأبحاث التي تجريها كاتل وغيرها من الشركات والمختبرات، إذ لا يتمثل الهدف الحقيقي في الوصول إلى رقم قياسي للمدى فقط، وإنما في تطوير بطارية تستطيع تقديم كثافة طاقة مرتفعة مع الحفاظ على الاستقرار والأمان وقابلية الإنتاج التجاري.
وفي النهاية، قد تكون بطاريات الليثيوم والهواء إحدى التقنيات التي تغير مستقبل السيارات الكهربائية، لكنها لا تزال في مرحلة البحث والتطوير. أما الوصول إلى مدى يبلغ 2000 كيلومتر في سيارة إنتاجية، فيحتاج إلى تجاوز تحديات كبيرة تتعلق بالتحمل، وإدارة الهواء، وإعادة الشحن، والتكلفة، قبل أن يصبح هذا الرقم واقعاً يمكن للسائقين الاعتماد عليه.
