البطاريات.. صناعة وتقنية واقتصاد

البطارية هي جهاز يستخدم لتخزين الطاقة الكيميائية وتحويلها إلى طاقة كهربائية لغرض بدء التشغيل لمحركات ومعدات وأجهزة متعددة منها السيارات والأجهزة الإلكترونية والطبية والهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والكاميرات وإنارة الطوارئ والحاسبات ولعب الأطفال والمذياع والمسجلات الصوتية والتلفاز، وأيضًا في تطبيقات مختلفة على جانب كبير من الأهمية سنراها قريبا وهي السيارات الكهربائية وتخزين الطاقة الشمسية.
وتختلف أحجام البطاريات وأنواعها وأشكالها وطرق تصنيعها باختلاف التطبيقات المستهدفة لها والمستخدمة فيها، وتتشكل البطارية من أنواع متعددة ومتباينة من حيث الحجم والتصميم والشكل والوظائف والمواد الداخلة في تصنيعها، ولقد تدرَّج صنع البطارية من النوع القديم الذي يمكن إعادة شحنه وهي بطاريات الرصاص الحمضية التي لا زالت تستخدم في السيارات وأنظمة الطاقة الاحتياطية، حيث تحتوي على محلول حمضي كيميائي يتفاعل مع الرصاص لتوليد الطاقة الكهربائية وهي قابلة للشحن بين حين وآخر. وهناك النوع المتطور منها وهو بطاريات "الليثيوم أيون" والتي تتألف من سلسلة من الخلايا التي يتم شحنها بشحنات كهربائية، وهي الأكثر استخدامًا الآن في السيارات وفي الأجهزة الإلكترونية المحمولة لتزويدها بالطاقة عالية الكثافة، حيث تحتوي على قطب من الليثيوم وقطب من الكربون ومحلول كيميائي يحوي مركبات الليثيوم المتنوعة القابلة للشحن، وهي أخف وزنًا وأصغر حجمًا وأقل تكلفة وأكثر كفاءة من النوع الأول من البطاريات الحمضية التقليدية.
وتتميز بطاريات الليثيوم بأنها لا تفرز الزئبق ولا الرصاص ولا الكادميوم وهي المكونات الرئيسية التي تدخل في تصنيعها، مما يجعلها أكثر ملاءمة للبيئة، وتستطيع بطاريات الليثيوم التحمل لعدة آلاف من دورات الشحن والتفريغ أثناء التفاعل الكيميائي داخلها، بحيث يمكن استخدامها لفترة طويلة قبل الحاجة إلى استبدالها، ومع ذلك يجب التعامل مع بطاريات الليثيوم بحذر، حيث إنها تحتوي على مواد كيميائية خطرة، ويجب تفادي تعريضها لدرجات حرارة مرتفعة أو الإفراط في الشحن أو التفريغ. وبما أننا الآن على أبواب إنتاج واستخدام السيارات الكهربائية فلقد أصبحت السيارات الكهربائية هدفًا لكثير من الدول المصنعة والمنتجة للسيارات كتقنية جديدة وحديثة في صناعة المركبات وأملاً فيما سيتمخض عنه هذا النوع من السيارات من آثار إيجابية في التوفير من تكلفة الوقود الذي ارتفع في شتى دول العالم إلى جانب الحفاظ على البيئة من التلوث الكربوني، ولعل أهم جهاز في السيارة الكهربائية يتمثل في البطارية وحجمها وسعتها وقدراتها التشغيلية.
ويتم صنع بطاريات المركبات الكهربائية من مزيج من مواد خام من المعادن الأساسية مثل الألومنيوم والنحاس والحديد، ولكن أغلى المواد لهي المعادن "الثمينة" مثل الكوبالت والنيكل والمنجنيز إلى جانب عناصر أخرى مثل الجرافيت والليثيوم، لذلك أضحى من الضروري متابعة التقنيات الحديثة والمستجدة والمتطورة في عالم صناعة البطاريات ومسايرة الأكثر حداثة وتطورًا وتقنية واقتصادًا، حيث إن بطاريات السيارات الكهربائية تختلف عن بطاريات الأجهزة والمعدات الكهربائية الأخرى إذ أن بطاريات السيارات الكهربائية لها نطاق تحدده المسافة التي يمكن أن تقطعها السيارة قبل نفاد شحن البطارية لذا فهي تتمتع بكثافة أعلى لتخزين الطاقة مما يجعلها تدوم لفترة طويلة، كما يُمكن شحنها بالكامل خلال فترة قصيرة، ولا يغرب عن البال أن بطاريات السيارات الكهربائية قد تكون ذات مصدر للخطر إن لم يراع صاحب المركبة شحنها بشكل صحيح، حيث يدخل في تركيباتها التصنيعية محلول كهربائي قابل للاشتعال. ومن الجدير بالذكر أن الهيئة السعودية للمواصفات والمقاييس والجودة أصدرت مؤخرا المواصفة القياسية رقم 722 للشواحن الكهربائية المشمولة في كود البناء السعودي للمباني السكنية. والآن نأتي لدور البطاريات في تخزين الطاقة الشمسية وهذه التقنية تحظى بقبول واسع ورغبة أكيدة في تطبيقها والاستفادة منها كمصدر رخيص متجدد ومستدام للطاقة الكهربائية غير قابل للنضوب والنفاد.
ومن المعروف أنه مقارنة بين هذه البطاريات وبطاريات السيارات والأجهزة الأخرى فالأخيرة يتم تصميمها لكي تعطيك كمية كبيرة من الشحنات الكهربية في فترة قصيرة وهي فترة بداية دوران المحرك ثم باقي الوقت يتم شحنها عن طريق المحرك (الدينامو) في السيارة، أما في حالة بطاريات الطاقة الشمسية فهي مصممة لكي يتم شحنها طوال فترة سطوع الشمس ثم تقوم بتفريغ شحناتها أثناء الليل. وبالنسبة لصناعة البطاريات بالمملكة فقد وصلت صناعتها درجات متقدمة ومتطورة من التصنيع والتقنية تمشيا مع متطلبات المواصفة القياسية السعودية رقم 60095-4 والتي تركز على توفر معايير الجودة والسلامة والكفاءة والأداء مع مراعاة الجوانب الاقتصادية في تكاليف التشغيل والصيانة.
* جامعة الملك سعود