بطاريات تدفق جديدة تجعل مستقبل الطاقة المتجددة أكثر استقراراً
لا أحد منا ينكر أن السير باتجاه استبدال الوقود الأحفوري بمصادر الطاقة المتجددة يتطلب تطويرا مستمراً على التقنيات المستخدمة في المصادر المختلفة. ان الشمس والرياح وعلى الرغم من شهرتها الأكبر من بين المصادر الأخرى إلا أنها تتميز بوجود مشكلة مرتبطة فيها، تتمثل في عدم استقرار كميات الطاقة الناتجة عنها تبعاً للعوامل الجوية المختلفة. وذلك هو السبب الرئيس وراء استخدام البطاريات لتخزين الطاقة الناتجة لتنظيم استهلاكها فيما بعد.
يعاني المستهلك اليوم من كون البطاريات الموجودة حاليا تتميز بمحدودية العمر الافتراضي لها، وتعاني البيئة كذلك من الخطورة المتمثلة في التخلص من هذه البطاريات السامة.
تقدم الورقة التي بين أيدينا ما توصل إليه فريق من الباحثين من جامعة هارفرد (Harvard). والتي أثبتوا من خلالها إمكانية التوصل إلى بطارية يمكن أن تخزن الطاقة المتولدة عن المصادر المتجددة بسعات مختلفة وبتكلفة أقل من البطاريات المتوفرة حاليا على الصعيدين المنزلي والتجاري. حيث تمت دراسة إمكانية تصنيع بطارية تدفق (flow battery) تستخدم مواد عضوية وتعمل في وسط قاعدي بدلا من البطاريات السائلة التي تستخدم ايونات المعادن في أوساط حمضية.
وتشبه بطاريات التدفق في عملها خلايا الوقود (Fuel cells)؛ حيث يفصل بين قطبي البطارية غشاء منفذ للأيونات. وتعتمد على تفاعلات الأكسدة والاختزال لتخزين الطاقة في السوائل المحللة التي تمر بدورها عبر البطارية المكونة من الخلايا الالكتروكيميائية أثناء عمليتي الشحن والتفريغ.حيث يتم ضخ السائلين الموجب والسالب الى جانبي البطارية. وعندما يقوم مصدر الطاقة (الشمس او الرياح) بشحن البطارية تقوم بسحب الالكترونات من السائل الموجب عبر تفاعل اكسدة وتدفعهم باتجاه السائل السالب عبر تفاعل اختزال. وعند تشغيل البطارية تتحرك الالكترونات بالاتجاه العكسي مولّدةً تيارا كهربائياً.
الفكرة في هذه البطاريات هو أن سعتها يمكن التحكم بها من خلال التحكم في حجم الخزانات الخارجية؛ بالتالي فإن زيادة حجم هذه الخزانات من شأنه أن يزيد من السعة التخزينية للبطارية.
تعتمد بطاريات التدفق الحالية على وجود أيونات المعادن في سائل حمضي. وهو الأمر الذي يرتبط بعدة مشاكل حالت دون الانتشار الواسع لهذه البطاريات تجارياً كالتآكل الناتج عن الحامضية وتكلفة المواد ووفرتها في الطبيعة.
إحدى الأفكار التي طرحت سابقاً كانت في استخدام الأنثراكينون (anthraquinone) في الجانب السالب للبطارية الحمضية وهو ما من شأنه أن يخفض تكلفة البطارية بشكل ملحوظ، لكن ذلك تطلب استعمال البرومين (Bromine) في الجانب الآخر ويعد ذلك مشكلة اذا ما اردنا استخدام هذه البطاريات في المنازل نظراً لسمّية البرومين.
هذا البحث الذي قدمه الباحثان عزيز و مارشاك (Aziz & Marshak) وزملاؤهم في جامعة هارفرد والذي تم نشره في مجلةScience، يدرس إمكانية استخدام الوسط القاعدي بديلا عن الوسط الحمضي في البطاريات التي تعتمد على الكينون (quinone) –الكينون هو مركب عضوي يتم الحصول عليه من المركبات العطرية- كأساس لها؛ حيث يحقق هيدروكسي الأنثراكينون ذوباناً عالياً في الوسط القاعدي. ويمكن استبدال البرومين حينها بمركبات غير سامة وغير قابلة للاشتعال كما أنها متوفرة في الطبيعة بشكل أكبر، مثل أيون الفيرّيسيانيد (ferricyanide) وتم تصنيع خلية البطارية من ألواح الجرافيت وأقطاب كربونية يفصل بينها غشاء نافيون (Nafion membrane)
استخدام مركبات عضوية ومركبات فلزية عضوية في وسط قاعدي كبديل عن ايونات المعادن في وسط حامضي من شأنه أن يحل العديد من المشاكل المرتبطة بالتكلفة والتآكل والأمان كذلك المتعلق باستخدام البرومين. مقدماً بذلك مخزناً صديقاً للبيئة لطاقة صديقة للبيئة.
