أن نكون أو لا نكون - حول تغير المناخ والكهرباء (الجزء الثاني)

2026-10-16 | Jerry Huang

خامساً: هل يتم خفض انبعاثات الكربون أم لا؟

قبل بضع سنوات، كان الحديث عن خفض الانبعاثات الكربونية هو الأكثر تداولاً. كل قمة حددت موعداً للوصول إلى صافي انبعاثات صفرية؛ وكل شركة كبرى عينت مسؤولاً رئيسياً عن الاستدامة؛ وكل شركة مرافق نشرت خطة عمل. لكن مبادرة خفض الانبعاثات الكربونية تغيرت منذ ذلك الحين. لم تتراجع، بل أصبحت أقل وضوحاً.

يظهر التراجع بشكل رئيسي في النفقات. فبحسب تحليل للأوراق المالية، خفضت أكبر سبع شركات نفط عالمية استثماراتها في الطاقة منخفضة الكربون إلى حوالي 8.3 مليار دولار في عام 2025، وهو أدنى مستوى لها منذ عام 2019، بانخفاض حاد من حوالي 24 مليار دولار في العام السابق - وهي المرة الأولى التي ينخفض فيها الإنفاق على الطاقة منخفضة الكربون بينما يرتفع الاستثمار في الهيدروكربونات. قامت شركة بي بي بتفكيك وحدة الطاقة منخفضة الكربون التابعة لها وخفضت الإنفاق على التحول إلى 1.5-2 مليار دولار سنويًا؛ واتجهت شركة شل إلى الانسحاب من مشاريع طاقة الرياح البحرية. تم إلغاء الإعفاءات الضريبية على شراء السيارات الكهربائية في الولايات المتحدة، وخفف الاتحاد الأوروبي من خطته للتخلص التدريجي من محركات الاحتراق بحلول عام 2035. تتوقع شركة بنشمارك مينيرال إنتليجنس نمو مبيعات السيارات الكهربائية العالمية بنحو 13% في عام 2026، وهو أبطأ معدل نمو منذ عام 2020. وتشن بعض الحركات السياسية الآن حملات علنية لإلغاء أهداف صافي الانبعاثات الصفرية. ويوصف نظام إدارة المناخ على نطاق واسع بأنه متعثر، مع تزايد الحواجز التجارية الخضراء بدلاً من التعاون.

في غضون ذلك، لم تهدأ وتيرة التطورات الفيزيائية. فقد سجل التقرير الإحصائي للطاقة العالمية لعام 2026 نموًا في مصادر الطاقة المتجددة بنسبة تقارب 10% في عام 2025، إلا أنها لم تُضف سوى 3.2 إكساجول تقريبًا، بينما أضاف النفط والغاز والفحم مجتمعةً ما يقارب 4.9 إكساجول، أي أكثر من نصف الزيادة في إجمالي إمدادات الطاقة العالمية البالغة 8.1 إكساجول. ولا تزال الوقود الأحفوري تُغطي نحو 86% من إجمالي الطاقة. وارتفعت الإضافات الجديدة من طاقة الفحم بنسبة 3.5%، لتصل إلى أعلى مستوياتها المسجلة. وقد ظهر عاملٌ لم يتخيله أي مفاوض في عام 2015: الذكاء الاصطناعي. وتتوقع شركة غارتنر أن يصل الطلب العالمي على الكهرباء في مراكز البيانات إلى 565 تيراواط/ساعة في عام 2026، بزيادة قدرها 26%، مع ارتفاع استهلاك الطاقة من 104 جيجاواط إلى 132 جيجاواط، ثم إلى 290 جيجاواط بحلول عام 2030. وفي الولايات المتحدة، تضاعفت تقريبًا قدرة محطات توليد الطاقة بالغاز قيد الإنشاء والمرتبطة بمراكز البيانات خلال ستة أشهر، لتصل إلى 378 جيجاواط. تتوقع إدارة معلومات الطاقة الأمريكية أن يسجل استهلاك الطاقة في الولايات المتحدة أرقاماً قياسية مرة أخرى في عامي 2026 و2027.

وهكذا، يعيش العالم حالةً من عدم التوازن المُحرج: فقد تراجعت الخطابات بينما تسارع الطلب الذي كانت تُلبّيه. أما عملية إزالة الكربون السهلة والرخيصة فقد أصبحت مُؤجّلة إلى حد كبير. وما تبقى – من التدفئة الصناعية، ودعم الشبكة الكهربائية، وتخزين الطاقة لفترات طويلة، والأمور غير الجذابة – هو تحديداً الجزء الذي لم يعد يحظى بالثناء، وهو الجزء الذي يُحدّد النتيجة.

هل ينبغي الاستمرار في خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الآن بعد أن ولّى زمن الإعلان عنها؟ هل ينبغي المضي قدماً في التحول إلى الطاقة النظيفة بوتيرة سريعة، أم إبطاء وتيرة العمل بما يتناسب مع قدرة الميزانيات على استيعابه، أم التوقف مؤقتاً حتى تجعل الأزمة القادمة الأمر ملحاً مرة أخرى؟

سادساً: التطور أم عدم التطور؟

كانت الأسئلة السابقة تتعلق بالبنية التحتية. أما هذا السؤال فيتعلق بالتكيف - وفي علم الأحياء، لا يُطرح التكيف كخيار.

بالنسبة للشركات، نادرًا ما يكون التطور قرارًا أخلاقيًا، بل هو غريزة بقاء غالبًا ما تُقيّمها الميزانيات العمومية بشكل خاطئ. هل من المجدي الاستثمار في طاقة أنظف وتحقيق الربحية للعملاء في العقود القادمة؟ يصعب الإجابة على هذا السؤال، لأن الأوضاع تختلف من منطقة لأخرى. في الصين، لا تزال قواعد الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والاستثمارات فيهما في نمو مستمر. وقد بلغت نسبة توليد الطاقة من الرياح والطاقة الشمسية مجتمعتين (من شبه معدومة عام 1990) 22% من إجمالي إنتاج الطاقة عام 2025، أي أكثر من الطاقة الكهرومائية. أما فيما يتعلق بمبيعات السيارات، فقد سجلت مبيعات السيارات الكهربائية الجديدة (بما في ذلك السيارات الكهربائية بالكامل، والسيارات الهجينة القابلة للشحن، والسيارات الكهربائية ذات الطاقة المتجددة) 60.4% في يوليو 2026، وهو رقم قياسي شهري يتجاوز 50% لأول مرة في التاريخ؛ وفي سبتمبر، بلغت النسبة 67% وفقًا لبيانات جمعية سيارات الركاب الصينية. وقد علّق إيلون ماسك، الرئيس التنفيذي لشركة تسلا، على هذا الحدث قائلًا: "إن اعتماد الصين على النفط يتراجع بسرعة". يتطلع العديد من العملاء لتجربة السيارات الكهربائية الجديدة، إذ غالباً ما تبدو أجمل وأكثر ذكاءً وأقل تكلفةً مع تسارع أسرع؛ بينما يرى آخرون أن سيارات البنزين أكثر متانة وعمراً أطول وفخامة. من الصعب تقديم إجابة قاطعة. ففي بعض المناطق، تزداد شعبية السيارات الكهربائية، بينما لا تزال معظم الأسواق تفضل سيارات محركات الاحتراق الداخلي.

بالنسبة للأفراد، يميلون إلى اعتبار هذا اختبارًا أخلاقيًا. لكن من الأفضل النظر إليه كسلسلة من القرارات البسيطة: السيارة التالية، وسخان المياه التالي، وسقف المنزل، وصندوق التقاعد، وقبل كل شيء المهنة التي تدربوا عليها. المهندس الذي أمضى عشرين عامًا في مجال محركات الاحتراق الداخلي ليس عائقًا أمام التحول - بل إن إعادة تأهيله تجعله هو التحول نفسه. والحدود النزيهة لا تقل أهمية. لا يمكن للاختيارات الشخصية أن تحل محل الشبكات والمعايير والأسعار؛ فالمواطن الذي يحرص على إعادة التدوير بينما ترتفع الانبعاثات الوطنية لا يستطيع إحداث تغيير يُذكر، ولا ينبغي مطالبته بتحمل ما يجب أن يتحمله النظام.

التطور أم عدم التطور، وكيف نتطور؟ هل ينبغي لنا تطوير مصادر الطاقة والصناعة من أجل مناخ أفضل، أم أن نطور أنفسنا للتكيف مع تغير المناخ؟

سابعاً: هل نتدخل أم لا؟

كل حل يترك بقايا. عملية الانتقال النظيف تعتمد على البطاريات، والبطاريات عبارة عن مواد كيميائية لها آثار كيميائية.

قائمة المواد المستخدمة مثيرة للقلق. تعتمد الكاثودات على النيكل والكوبالت والمنغنيز، وهي معادن انتقالية ثبت أن تعدينها وصهرها يؤثران سلبًا على المياه والتربة. في عام 2022، تبين أن تجاوز نسبة الثاليوم المسموح بها في حوض نهر جينجيانغ بالقرب من ييتشون بالصين يعود إلى عمليات سلسلة توريد الليثيوم. ويمكن أن يستهلك استخراج المحلول الملحي في صحراء أتاكاما - حيث تُنتج تشيلي والأرجنتين معًا ما يقارب ربع إنتاج الليثيوم العالمي - ما يصل إلى مليوني لتر من الماء لكل كيلوغرام من الليثيوم، في بعض أكثر المناطق جفافًا على وجه الأرض.

ثمّة عنصر الفلور. تربط معظم الخلايا قطبها السالب بمادة PVDF أو PTFE، وهما بوليمرات فلورية تقع على الحافة الخارجية لعائلة PFAS، ويتحلل ملح الإلكتروليت السائد، LiPF₆، عند ملامسته للرطوبة إلى حمض الهيدروفلوريك. تكون الانبعاثات أثناء التصنيع ضئيلة. تكمن المشكلة في نهاية عمر الخلية، عندما تُطلق المعالجة الحرارية لهذا الرابط نواتج تحلل فلورية في غازات المدخنة. تبقى مركبات PFAS لفترة طويلة؛ فهي لا تتقيد بأي حدود ولا تتحلل خلال أي فترة زمنية بشرية.

يشهد إعادة التدوير تحسناً ملحوظاً، انطلاقاً من مستوى متدنٍ، في ظل نمو متسارع. تتوقع المفوضية الأوروبية أن ينمو الطلب العالمي على البطاريات بنحو أربعة عشر ضعفاً. ويضع نظام الاتحاد الأوروبي رقم 2023/1542 أهدافاً طموحة: كفاءة إعادة تدوير بنسبة 70% للبطاريات القائمة على الليثيوم بحلول عام 2030، وارتفاع استخلاص الليثيوم من 50% في عام 2027 إلى 80% في عام 2031، ونسبة استخلاص تتراوح بين 90 و95% للكوبالت والنحاس والرصاص والنيكل، وإصدار جواز سفر للبطاريات بدءاً من عام 2027. وفي سبتمبر/أيلول 2026، أعلنت المفوضية أن هذه الأهداف قابلة للتحقيق. إلا أن هذه الأهداف لا تُقاس بالكميات. فشبكات التجميع غير مكتملة، وتتأثر اقتصاديات إعادة التدوير بأسعار الليثيوم، كما أن تطبيق النظام خارج الاتحاد الأوروبي لا يزال غير مكتمل.

توفر كيمياء أيونات الصوديوم مخرجاً جزئياً - لا كوبالت، لا نيكل - في حين أن العمل على السليلوز واللجنين والمواد الرابطة الخالية من الفلور حقيقي ولكنه مبكر.

إذن: هل نتدخل أم لا؟ تم توثيق المخلفات، وكذلك البديل.

ثامناً: هل نكون إنسانيين أم لا؟

هل تُصنع التكنولوجيا الجديدة لتكون إنسانية أم ضارة بالنظام البيئي بأكمله؟ يعلم الجميع أن التكنولوجيا ليست خيرة بطبيعتها.

على الرغم من أن الطاقة الذرية تؤدي دورها في توفير الطاقة للبشر، إلا أنه لا يزال يُعتقد أن مخلفاتها تضر بالنظام البيئي بأكمله لمئات، بل لعشرات الآلاف من السنين!

هل يمكن ابتكار تقنيات بطاريات إنسانية؟ نأمل أن تكون الإجابة نعم. فلنجعل تقنية البطاريات إنسانية: لنُشرك الناس، ولنُشركهم بوعي.

يجب أن تتم عملية التحول، ويجب أن تُبنى باستخدام أقل المواد ضررًا التي يُمكن تحديدها. حيثما يسمح الأداء، تُستخدم كاثودات أيونات الصوديوم بدلًا من كاثودات الكوبالت والنيكل. تُستخدم مواد رابطة مائية من السليلوز واللجنين بدلًا من PVDF وPTFE، حتى لا يصل الفلور إلى الفرن. تُستخدم إلكتروليتات لا تتحلل إلى حمض الهيدروفلوريك. يجب توفير محاسبة دقيقة للمياه في مناجم المحلول الملحي والصخور الصلبة، ومعالجة كاملة عند إغلاق أي موقع. يجب تصميم الخلايا بحيث يمكن تفكيكها، بحيث تُصبح أهداف إعادة التدوير المنصوص عليها في القانون كميات فعلية - وجوازات سفر تُظهر الحقيقة حول محتوياتها. يجب أن تكون قطع غيار السيارات سهلة العثور عليها ومتاحة للجمهور لإصلاحها. يجب إعادة تدوير البطاريات منتهية الصلاحية بشكل قانوني وطوعي.

ليس في هذا أي عاطفة. إنها النسخة الوحيدة من الانتقال التي تجعل القرن القادم أفضل حالاً مما كان عليه هذا القرن.

لن تكتسب التكنولوجيا وعيًا ذاتيًا. يجب علينا اختيار المواد. هذا الاختيار الواعي هو جوهر "الإنسانية"، وهو خيارنا. يُعدّ توفير طاقة أنظف ضرورة حتمية للتطور، ويتفاعل معه استهلاك طاقة أنظف. يمكن إنجاز كل هذه التحولات تدريجيًا لجعلها قابلة للتكيف مع الجميع.

أن نكون أو لا نكون - حول تغير المناخ والكهرباء (1)

2026-10-15 | Jerry Huang

أولاً: الاحتباس الحراري

على مدى قرنين تقريبًا، اعتمد الاقتصاد الحديث على صفقة واحدة مذهلة: استخراج ضوء الشمس القديم، وحرقه، وتحويل الطاقة المنبعثة إلى حركة وحرارة وضوء ونمو. وقد نجحت هذه الصفقة. فقد انتشلت مليارات البشر من براثن الفقر المدقع، وقلصت المسافات، وبنت الحضارة الصناعية التي نعيش فيها. ولكنها في الوقت نفسه، ترتب عليها ثمن باهظ، وهذا الثمن هو ما يُقدم الآن.

أدى ثاني أكسيد الكربون الناتج عن احتراق الوقود الأحفوري إلى رفع تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى مستويات لم نشهدها منذ ملايين السنين، وقد تجاوز متوسط درجة الحرارة العالمية بالفعل 1.5 درجة مئوية فوق مستويات ما قبل الثورة الصناعية في السنوات الأخيرة. لم تعد هذه العواقب مجرد توقعات نموذجية في عرض تقديمي، بل أصبحت واقعًا ملموسًا. موجات حر، وجفاف، وأمطار غزيرة، وانحسار الأنهار الجليدية، وابيضاض المرجان، وارتفاع منسوب البحار.

والآن، يشهد العالم حدثًا استثنائيًا وفريدًا. ففي سبتمبر/أيلول 2026، تشكلت ظاهرة النينيو العظمى رسميًا في المحيط الهادئ الاستوائي، وهي ظاهرة من النوع الشرقي، حيث يقع مركزها الدافئ قبالة سواحل أمريكا الجنوبية. وقد صرحت المنظمة العالمية للأرصاد الجوية بأن احتمال استمرارها حتى فبراير/شباط 2027 يقارب 100%، وأن درجات حرارة سطح البحر في وسط وشرق المحيط الهادئ الاستوائي ستصل إلى مستويات قياسية خلال الفترة من أكتوبر/تشرين الأول إلى ديسمبر/كانون الأول، لتبلغ ذروتها في ديسمبر/كانون الأول تقريبًا. وقدّر المركز الوطني للمناخ في الصين أن هذه الظاهرة قد تصبح أقوى ظاهرة نينيو منذ بدء الرصد المنهجي لها عام 1951؛ ويتوقع بعض خبراء الأرصاد الجوية أن تصل ذروة الشذوذ في منطقة نينيو 3.4 إلى حوالي 3.2-3.5 درجة مئوية، متجاوزةً بكثير الرقم القياسي السابق البالغ 2.8 درجة مئوية.

ظاهرة النينيو ليست ناتجة عن تغير المناخ، بل هي تذبذب طبيعي. لكنها تتزامن الآن مع وضع مناخي غير طبيعي أصلاً، وهذا ما يجعل هذا التزامن خطيراً. توقعوا درجات حرارة عالمية قياسية في عام 2027، حين سيُشعر بأثر هذه الظاهرة بشكل كامل. توقعوا اضطرابات في الرياح الموسمية، وفيضانات في بعض الأحواض وجفافاً في أحواض أخرى، وفشلاً في محاصيل زيت النخيل والبن والأرز والسكر، وموجات حر بحرية، وضغطاً شديداً على شبكات المياه والطاقة في الأمريكتين وآسيا وأوقيانوسيا. يتوقع محللو السلع الأساسية بالفعل ارتفاعاً بنسبة 30-40% في أسعار بعض الزيوت النباتية. هذه هي الصورة القريبة لمشكلة المناخ: ليست مجرد فكرة مجردة، بل هي واقع ملموس، ومصدر للفيضانات، وشبكة كهرباء، ومستشفى.

ثانياً: عصب الاقتصاد

وهنا تكمن الصعوبة. إن المادة الأساسية التي تقود هذه الأزمة هي أيضاً عصب الاقتصاد الحديث - والعصب يصعب تعويضه.

لا يُعدّ النفط مجرد وقود، بل هو مادة خام أساسية: البلاستيك، والأسمدة، والأدوية، والإسفلت، ومواد التشحيم، والألياف الاصطناعية - أي شجرة البتروكيماويات بأكملها. ولا يزال النفط رائدًا في كثافة الطاقة السائلة، ولذلك لا يزال يُشغّل معظم الطائرات ومعظم النقل البحري. كما أنه يدعم الخدمات اللوجستية للتجارة العالمية، ويساهم، من خلال الديزل والأسمدة، في تحديد أسعار الغذاء. ويوفر النفط أيضًا فرص عمل لعدد هائل من الناس. فبحسب تقرير وكالة الطاقة الدولية "العمالة العالمية في قطاع الطاقة 2025"، بلغ عدد العاملين في قطاع الطاقة العالمي حوالي 76 مليونًا في عام 2024. ومن بين هؤلاء، شكّل إنتاج وتوزيع النفط والغاز ما يقارب 12.4 مليون وظيفة، ثلثاها تقريبًا - أي حوالي 8 ملايين - في قطاع إمدادات النفط وحده. وإذا أضفنا إلى ذلك فرص العمل غير المباشرة والمستحدثة في قطاعات الخدمات والتكرير والنقل والبتروكيماويات وتجارة التجزئة للوقود، فإن سبل العيش المرتبطة باقتصاد الهيدروكربونات تصل إلى عشرات الملايين حول العالم. في الولايات المتحدة، أحصى تحليلٌ صناعيٌّ ما يقرب من 19.3 مليون وظيفة مدعومة عند احتساب الآثار المباشرة وغير المباشرة والمستحثة. أما في الصين، فقد بلغ عدد الوظائف ذات الصلة أكثر من 3 ملايين وظيفة.

تتمتع الشركات التي تهيمن على هذا النظام بمصالح راسخة ذات نطاق تاريخي. تمثل أصولها - الآبار، وخطوط الأنابيب، والمصافي، وأساطيل ناقلات النفط، والاحتياطيات المسجلة - تريليونات الدولارات من رأس المال. وتعتمد نماذج أعمالها، والتزاماتها التقاعدية، وميزانياتها الوطنية (في العديد من الولايات المنتجة) بأكملها، على استمرار الطلب. ليس من المستغرب أن تكون هذه الصناعة قد أمضت عقودًا في التشكيك في علوم المناخ؛ وليس من المستغرب أيضًا أنها أعادت تسمية نفسها منذ ذلك الحين - محافظ متواضعة من الطاقة المتجددة، وإعلانات "تحول الطاقة"، وتعهدات بتحقيق صافي انبعاثات صفرية مع آفاق بعيدة المدى - بينما يستمر الإنفاق الرأسمالي على النفط والغاز الجديدين. وقد خفضت العديد من أكبر الشركات الكبرى مؤخرًا إنفاقها على الطاقة النظيفة مرة أخرى، مشيرة إلى ضعف الأسعار وضغوط المساهمين. من الصعب حقًا الإجابة على هذا السؤال.

ثالثًا: هل يتم تزويدها بالكهرباء أم لا؟

هل ينبغي للدول والشركات اختيار بدائل كهربائية للنقل جواً وبراً وبحراً؟ وماذا يفعل الأفراد بعد ذلك؟

على اليابسة، حُسم الجدل إلى حد كبير . فالمركبات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات تُعدّ منافسة من حيث التكلفة على مدى عمرها الافتراضي في العديد من الأسواق، كما أنها أنظف من حيث انبعاثات العادم، وأقل ضجيجًا، ويتم شحنها بشكل متزايد من شبكات كهربائية تشهد هي الأخرى انخفاضًا في انبعاثات الكربون. تهيمن الدراجات الكهربائية ذات العجلتين والثلاث عجلات على المبيعات الجديدة في معظم أنحاء آسيا. وتُصبح الحافلات الحضرية وشاحنات التوصيل وشاحنات النقل لمسافات قصيرة كهربائية بسهولة. حتى النقل بالشاحنات الثقيلة يشهد تحولًا، حيث تُستخدم البطاريات وأنظمة الأسلاك العلوية للشحن الإقليمي، بينما يُخصص الهيدروجين لأطول الطرق وأكثرها برودة. والإجابة الصريحة هنا هي: نعم، يجب التحول إلى الكهرباء. أما العقبات المتبقية - البنية التحتية للشحن، وقدرة الشبكة، وسلاسل توريد البطاريات - فهي مشاكل هندسية واستثمارية، وليست مسائل مبدئية.

في البحر، يُعدّ التحوّل إلى الكهرباء جزئيًا ولكنه واقعي . فالعبّارات، وسفن الموانئ، والبارجات الداخلية، وخطوط الملاحة البحرية القصيرة، تشهد تحوّلًا سريعًا نحو الكهرباء؛ إذ تعمل العبّارات الهجينة التي تعمل بالبطاريات بالفعل في النرويج والصين وغيرها. أما النقل البحري في أعالي البحار فلا يمكنه الاعتماد على البطاريات وحدها، فالفجوة في كثافة الطاقة كبيرة جدًا. والمسار الواقعي هو مزيج من هذه الحلول: الدفع الكهربائي والهجين في الموانئ والمياه الساحلية، ثم استخدام الميثانول الأخضر والأمونيا والهيدروجين وطاقة الرياح في المحيطات المفتوحة. ويُعدّ تزويد الميناء نفسه بالكهرباء - من خلال الطاقة الكهربائية على الشاطئ، ومناولة البضائع الكهربائية، والشحن على اليابسة - مكسبًا كبيرًا وفوريًا.

في الجو، علينا أن نتحلى بالتواضع . فالبطاريات لا تحمل سوى جزء ضئيل من الطاقة، ربما عُشر ما تحمله من طاقة وقود الطائرات لكل كيلوغرام. يُعدّ الطيران الكهربائي خيارًا عمليًا للطائرات التدريبية، وسيارات الأجرة الجوية، والرحلات الإقليمية القصيرة، والتقدم المحرز في هذا المجال حقيقي. أما الطيران لمسافات طويلة، فلن يشهد تحولًا إلى الكهرباء في أي عقد من الزمان. وتُعدّ أنواع الوقود المستدامة للطيران، وهياكل الطائرات التي تعمل بالهيدروجين للرحلات متوسطة المدى، وقبل كل شيء إدارة الطلب وتسعير الكربون بشكل عادل، هي العوامل الحاسمة. إن الادعاء بأن الكهرباء ستحل مشاكل الطيران يُبالغ في الأمر ويُقلل من مصداقية هذا المجال في كل مكان آخر.

وماذا عن العمال ؟ هذا هو أقوى اعتراض يُثار ضد عملية التحول، ويستحق إجابةً شافيةً لا مجرد شعار. تشير بيانات وكالة الطاقة الدولية إلى أن هذا التحول، في مجمله، ليس حدثًا مدمرًا للوظائف. ففي عام 2024، أصبح قطاع الكهرباء - توليدها ونقلها وتوزيعها وتخزينها - أكبر قطاع موظِّف في مجال الطاقة لأول مرة، متجاوزًا قطاع إمدادات الوقود. ما يقرب من ثلاثة أرباع الوظائف البالغ عددها 5.4 مليون وظيفة التي أُضيفت منذ عام 2019 في قطاع الكهرباء. وقد أضافت صناعة السيارات الكهربائية وإنتاج البطاريات وحدها ما يقرب من 800 ألف وظيفة في عام 2024، وفي الصين، يرتبط حوالي 40% من وظائف صناعة السيارات الآن بالسيارات الكهربائية والبطاريات. المطلوب هو انتقال عادل : إعادة تأهيل، ودعم إقليمي للمجتمعات التي بُنيت حول مصفاة نفط أو حقل فحم واحد، وشفافية بشأن حقيقة أن بعض الوظائف لن تُستبدل بوظائف أخرى.

رابعاً: الإجابة

إنّ مسألة "الكهرباء أم لا" ليست في نهاية المطاف مسألة ثنائية بحتة. فالسؤال الحقيقي ليس "هل" بل "أين وكيف" يمكننا جعلها مستدامة وصديقة للبيئة.

حوّل ما يُناسب الكهرباء إلى الكهرباء - النقل البري، والتنقل الحضري، والشحن البحري القصير، والموانئ، والتدفئة - وسارع بذلك، لأن التكنولوجيا جاهزة، والتأخير يُقاس الآن بالأرواح والمحاصيل. أما بالنسبة للقطاعات الحيوية - الطيران لمسافات طويلة، والشحن البحري، والصناعات الثقيلة - فابحث عن البدائل الموثوقة بدلاً من التظاهر بأن البطاريات ستصل في الوقت المناسب. وتذكر أن نظافة الكهرباء تعتمد على نظافة الشبكة الكهربائية الداعمة لها: فالسيارة الكهربائية التي تُشحن بالفحم غير المعالج حل جزئي، وليس حلاً كاملاً.

لقد منحنا اقتصاد النفط العالم الحديث، ولكنه تسبب أيضاً في تشكل ظاهرة النينيو العظمى فوق كوكب الأرض الذي ازداد احتراراً. إن الخيار أمام الدول والشركات ليس بين الازدهار والتضحية، بل بين إدارة عملية التحول بوعي وتخطيط - من خلال إعادة التدريب والاستثمار والاستشراف - أو أن تُفرض علينا هذه العملية بفعل العواصف والجفاف وتجميد الأصول وانهيار المحاصيل.

كانت مأساة هاملت هي الشلل: عقلٌ قادرٌ على استشراف كل العواقب، وبالتالي لا يُقدم على أي فعل. سيكون حالنا مماثلاً، مع إضافة مقياس حرارة متزايد. لا يهدف التحول إلى الكهرباء إلى استبدال جميع المركبات والسفن والطائرات التي تعمل بمحركات الاحتراق الداخلي (فهذا مستحيل)، بل إلى توفير خيار آخر؛ فهي ببساطة تؤدي دورها. هل نتحول إلى الكهرباء أم لا؟ ربما لكل منا إجابة مختلفة.

تصميم إلكتروليت بطاريات الليثيوم باستخدام LiFSI: العيوب واستراتيجيات التحسين

2026-09-29 | Jerry Huang

ملخص

يُعتبر ثنائي (فلوروسلفونيل) إيميد الليثيوم (LiFSI) على نطاق واسع ملح الليثيوم من الجيل التالي ليحل محل سداسي فلوروفوسفات الليثيوم (LiPF₆) في إلكتروليتات بطاريات الليثيوم أيون والليثيوم المعدني. ويجعله استقراره الحراري الفائق، وموصليته الأيونية العالية، ومقاومته الممتازة للتحلل المائي، جذابًا بشكل خاص لتطبيقات الشحن السريع ودرجات الحرارة القصوى. ومع ذلك، فإن العديد من التحديات الحرجة - أبرزها تآكل جامع التيار المصنوع من الألومنيوم، وارتفاع تكاليف الإنتاج، وعدم استقرار طبقة التفاعل بين الكاثود والإلكتروليت (CEI)، ومخاوف السلامة الحرارية - تعيق انتشاره على نطاق واسع. تقدم هذه المقالة تحليلًا شاملًا لهذه العيوب، وتستعرض أحدث استراتيجيات التحسين المذكورة في الأدبيات العلمية حتى عام 2026.

1. مقدمة

أدى التحول العالمي نحو بطاريات الليثيوم عالية الكثافة الطاقية - والتي تستهدف أكثر من 300 واط ساعة/كجم للمركبات الكهربائية - إلى فرض متطلبات غير مسبوقة على أداء الإلكتروليت. وعلى الرغم من هيمنة الإلكتروليتات التقليدية القائمة على LiPF₆ في الخلايا التجارية، إلا أنها تعاني من ضعف الاستقرار الحراري (حيث تتحلل عند درجة حرارة أعلى من 80 درجة مئوية تقريبًا)، وحساسية شديدة للتحلل المائي (مما ينتج عنه حمض الهيدروفلوريك المسبب للتآكل)، وموصلية غير كافية في درجات الحرارة المنخفضة. وتتفاقم هذه العيوب بشكل خاص في عمليات الشحن السريع، حيث تولد التيارات العالية تسخينًا أوميًا كبيرًا يدفع الإلكتروليت إلى ما وراء نطاق استقراره.

برز مركب LiFSI (LiN(SO₂F)₂) كبديل واعد. يتميز أيون FSI⁻ بشحنة سالبة موزعة على مجموعتي سلفونيل، مما ينتج عنه طاقة شبكية منخفضة، وتفكك عالٍ، وبالتالي موصلية أيونية فائقة - أعلى بنسبة 15-30% من LiPF₆ عند 25 درجة مئوية (حوالي 10.2 ملي سيمنز/سم). تتجاوز درجة حرارة تحلله الحراري 200 درجة مئوية، ومقاومته للتحلل المائي أفضل بكثير من LiPF₆. هذه الخصائص جعلت من LiFSI مادة مضافة قياسية - وملحًا أساسيًا بشكل متزايد - في تركيبات الإلكتروليتات سريعة الشحن.

لكن وراء هذا الوعد تكمن تحديات هندسية كبيرة يجب حلها قبل أن يتمكن LiFSI من استبدال LiPF₆ بالكامل على نطاق واسع.

2. العيوب الرئيسية لتقنية LiFSI

2.1 تآكل جامع التيار المصنوع من الألومنيوم

إن أكثر القيود أهمية ودراسة على نطاق واسع لـ LiFSI هو عدم توافقه مع جامع التيار المصنوع من رقائق الألومنيوم (Al) المستخدم على جانب الكاثود لخلايا أيونات الليثيوم.

الآلية: في محاليل LiPF₆ الإلكتروليتية التقليدية، يتحلل أنيون PF₆⁻ عند جهود عالية (>4.0 فولت مقابل Li/Li⁺) مُكَوِّنًا طبقة رقيقة مُخَمِّلة من فلوريد الألومنيوم (AlF₃) على سطح الألومنيوم. هذه الطبقة غير قابلة للذوبان في المذيبات العضوية، وتمنع التآكل بشكل فعال. في المقابل، لا يُكَوِّن أنيون FSI⁻ طبقة مُخَمِّلة مستقرة. بل يُهاجم طبقة Al₂O₃ الأصلية، مما يؤدي إلى تآكل تنقيري، ومع الاستخدام المُطوَّل، إلى ما يُسمى بذوبان ركيزة الألومنيوم الشبيه بهشاشة العظام.

يعتمد التآكل على الجهد ودرجة الحرارة. ويتفاقم بشدة عند الجهود المرتفعة (>4.3 فولت) ودرجات الحرارة المرتفعة (>55 درجة مئوية). يمكن لأيونات الألومنيوم المذابة (Al³⁺) أن تنتقل عبر الإلكتروليت إلى جانب المصعد، حيث تشارك في تفاعلات جانبية - وهي ظاهرة تُعرف باسم "تدهور التداخل" تُسرّع من تدهور السعة وزيادة المقاومة.

ضعف الفولاذ المقاوم للصدأ. بالإضافة إلى الألومنيوم، أظهرت دراسة حديثة أجراها يان وآخرون (Nature Communications، 2026) أن FSI⁻ يمكن أن يزعزع استقرار طبقة الأكسيد الخاملة على جامعات التيار المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ (SUS)، مما يتسبب في ذوبان شديد للمعادن في ظل ظروف دورات الجهد العالي.

2.2 ارتفاع تكلفة الإنتاج

لا يزال سعر LiFSI أعلى بكثير من سعر LiPF₆. ففي أواخر عام 2025، بلغ سعر LiFSI في السوق حوالي 250,000 يوان صيني/طن (ما يعادل 25 دولارًا أمريكيًا/كجم تقريبًا)، أي ضعف سعر LiPF₆ تقريبًا (حوالي 130,000 يوان صيني/طن). وتتراوح تكلفة الإنتاج بين 120,000 و200,000 يوان صيني/طن، مدفوعةً بما يلي:

• عملية تركيب معقدة متعددة الخطوات تتضمن تفاعلات الفلورة والسلفنة والإيميد مع متطلبات نقاء صارمة.

• انخفاض العائد الإجمالي بسبب التفاعلات الجانبية وصعوبة إزالة الشوائب الضئيلة (مثل الكلوريد المتبقي والرطوبة).

• ارتفاع تكاليف المعالجة البيئية - حوالي 10000 يوان صيني لكل طن من النفايات - بسبب المنتجات الثانوية المحتوية على الفلور والنفايات السائلة الحمضية.

في تركيبات الإلكتروليت حيث يشكل LiFSI جزءًا متزايدًا من محتوى الملح (مع بعض الإلكتروليتات سريعة الشحن التي تستخدم LiFSI كملح أساسي)، يمكن أن تمثل تكلفة الملح أكثر من 60٪ من إجمالي تكلفة تصنيع الإلكتروليت، مما يجعل خفض التكلفة عائقًا حاسمًا أمام التبني على نطاق واسع.

2.3 عدم استقرار الطبقة البينية بين الكاثود والإلكتروليت (CEI) وتصدع الكاثود

يختلف مسار تحلل أيون FSI⁻ اختلافًا جوهريًا عن مسار تحلل أيوني TFSI⁻ أو PF₆⁻. ففي ظل ظروف الأكسدة على سطح المهبط، قد تنكسر روابط S–F في أيون FSI⁻، مُنتجةً أنواعًا مثل SO₂ وشظايا فلوروسلفونات متنوعة. ويكون غشاء CEI الناتج هشًا ميكانيكيًا وغير كافٍ للحماية عند الفولتية العالية.

أفاد تونغ وآخرون (مجلة المواد اليوم، 2025) أن الإلكتروليتات القائمة على LiFSI يمكن أن تُحدث تشققات دقيقة في صفائح أقطاب الكاثود، لا سيما في أكاسيد النيكل الطبقية عالية المحتوى (NMC811، NCA). تُعرّض هذه التشققات سطح الكاثود الجديد للإلكتروليت، مما يؤدي إلى تحلل مستمر للإلكتروليت، وذوبان المعادن الانتقالية، وزيادة المقاومة - وهي حلقة تدهور متسارعة ذاتيًا.

2.4 سلوك الهروب الحراري في أنظمة الشحن السريع

على الرغم من أن مركب LiFSI نفسه مستقر حراريًا (بداية التحلل > 200 درجة مئوية)، إلا أن سلوك الهروب الحراري لأنظمة الإلكتروليت القائمة على LiFSI يختلف عن تركيبات LiPF₆ التقليدية. فقد كشفت دراسة نُشرت في مجلة RSC Energy & Environmental Science (2025) أنه بعد دورات شحن سريعة مطولة، تُظهر الخلايا القائمة على LiFSI تغيرات في أنماط توليد الحرارة وانبعاث الغازات. وتتبع نواتج التحلل - بما في ذلك SO₂ وHF - حركية إطلاق مختلفة، ولذا يجب إعادة تقييم حدود الأمان الحراري للخلية بدلًا من مجرد استقراءها من أنظمة LiPF₆.

2.5 تحديات التوافق مع الأنودات المصنوعة من السيليكون

بينما يُساهم مركب LiFSI في تكوين طبقة SEI غنية بـ LiF غير العضوي - وهو أمر مفيد عمومًا للمتانة الميكانيكية - فإن التمدد الحجمي الهائل لأقطاب السيليكون (حوالي 300%) أثناء عملية الليثيوم يُسبب تكسر طبقة SEI وإعادة تكوينها بشكل متكرر. ويؤدي هذا إلى استهلاك مستمر للإلكتروليت، وكفاءة كولومبية أولية منخفضة، وتدهور سريع في السعة مع دورات الشحن والتفريغ المطولة. ويتطلب التفاعل بين نواتج تحلل LiFSI وأسطح السيليكون هندسة دقيقة للإلكتروليت لتحقيق استقرار طويل الأمد.

3. استراتيجيات التحسين

3.1 الحد من تآكل الألومنيوم

3.1.1 أنظمة الإلكتروليت ثنائية الملح ومتعددة الأملاح

يجمع النهج الأكثر نضجًا صناعيًا بين LiFSI وLiPF₆ في تركيبة ملحية مزدوجة. يوفر أنيون PF₆⁻ طبقة التخميل الأساسية AlF₃ على جامع التيار المصنوع من الألومنيوم، بينما يساهم LiFSI بموصليته الفائقة واستقراره الحراري. وقد أظهر كاوتز وآخرون (مجلة الجمعية الكهروكيميائية، 2026) إلكتروليتًا ملحيًا مزدوجًا مُحسَّنًا من LiFSI–LiPF₆ ببنية مذيبة مُتحكَّم بها، والذي أظهر استقرارًا ممتازًا للدورات عبر نطاق واسع من درجات الحرارة، من درجات حرارة تحت الصفر إلى درجات حرارة مرتفعة.

3.1.2 الإضافات القائمة على البورات

أثبتت أملاح بورات الليثيوم، ولا سيما ثنائي فلورو (أوكسالاتو) بورات الليثيوم (LiDFOB) وثنائي (أوكسالاتو) بورات الليثيوم (LiBOB)، فعاليتها العالية كمضافات مثبطة للتآكل. تتأكسد هذه المركبات بشكل تفضيلي على سطح الألومنيوم، مكونةً طبقة واقية تمنع هجوم أيونات FSI⁻. والجدير بالذكر أن يان وآخرون (مجلة Nature Communications، 2026) أظهروا أن إضافة LiDFOB تثبط في آنٍ واحد ذوبان كلٍ من الألومنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ في محاليل إلكتروليتية أساسها LiFSI، مما يوفر آلية حماية مزدوجة.

3.1.3 هندسة بنية المذيب

يتمثل النهج الأكثر جوهرية في إعادة هيكلة غلاف الإذابة لأيونات الليثيوم للحد من وصول أيونات الحديد والحديد والألومنيوم إلى سطح الألومنيوم. وتشمل الاستراتيجيات ما يلي:

• الإلكتروليتات عالية التركيز (HCEs) : عند تركيزات الملح العالية جدًا (>3 مولار)، يتم تقليل عدد جزيئات المذيب الحرة بشكل كبير، وتصبح أنيونات FSI⁻ مرتبطة بإحكام بـ Li⁺، مما يحد من نشاطها تجاه تآكل الألومنيوم.

• مذيبات الإيثر المفلورة : تعمل المذيبات المفلورة مثل TTE (1,1,2,2-رباعي فلورو إيثيل-2,2,3,3-رباعي فلورو بروبيل إيثر) والبدائل الأحدث مثل HFTEP على تقليل التحلل التأكسدي للإلكتروليت مع تعديل بيئة المذيب لحماية جامع التيار.

• هياكل التذويب ثنائية الأنيون : أظهرت الدراسات أن إضافة مذيبات مساعدة، مثل ثنائي ميثيل إيثر رباعي إيثيلين جليكول (TEGDME)، إلى جانب نترات الليثيوم (LiNO₃) تُسهم في تكوين بنية تذويب مستقرة ثنائية الأنيون لأيون الليثيوم (Li⁺). يساعد TEGDME في إبعاد أيون FSI⁻ عن سطح الألومنيوم، بينما يُعزز LiNO₃ تفاعلات ثنائي القطب بين أيون الليثيوم والمذيب، ويُشكل طبقة تخميل غنية بالنيتروجين على سطح معدن الليثيوم. وقد حققت هذه الاستراتيجية المزدوجة احتفاظًا بالسعة بنسبة 89.6% بعد 400 دورة شحن وتفريغ عند درجة حرارة 55 درجة مئوية.

3.1.4 إضافات السوائل الأيونية

تم استكشاف السوائل الأيونية التي تحتوي على أنيونات مثل DFOB⁻ و PO₂F₂⁻ لمعالجة فقدان مخزون الليثيوم وتآكل الألومنيوم في آن واحد. في خلايا الليثيوم المعدنية الخالية من الأنود والتي تعمل بفولتيات عالية، تُسهّل هذه الإضافات تكوين طبقات واقية على سطحي كل من الكاثود وجامع التيار.

3.2 خفض التكاليف

• تحسين العملية : يجري تطوير طرق التخليق المستمر، وطرق التنقية المحسنة، والمسارات المدعومة بالمحفزات لزيادة الإنتاجية وتقليل توليد النفايات.

• التوسع ونضج سلسلة التوريد : مع توسع الطاقة الإنتاجية - لا سيما في الصين، حيث تستثمر كبرى شركات تصنيع الإلكتروليت في خطوط إنتاج LiFSI - من المتوقع أن تؤدي وفورات الحجم إلى تضييق فجوة الأسعار مع LiPF₆.

• تركيبات الملح المخلوطة : إن استخدام LiFSI كبديل جزئي (على سبيل المثال، 20-50% كسر مولي) بدلاً من البديل الكامل يقلل من تكلفة الملح لكل خلية مع الحفاظ على معظم فوائد الأداء.

3.3 تثبيت الطور البيني بين الكاثود والإلكتروليت

3.3.1 أنظمة المذيبات المفلورة

أظهرت المذيبات المفلورة إمكانات استثنائية في تعزيز استقرار طبقة التفاعل بين الإلكتروليت والقطب (CEI). وقد أثبت ليو وآخرون (مجلة نيتشر إنرجي، 2026) وجود إلكتروليت سائل أيوني مفلور هجين، حيث يتفاعل كاتيون عالي الفلورة بشكل تآزري مع الأنيونات والمخففات لتعزيز الاستقرار التأكسدي، مما يتيح دورات شحن وتفريغ موثوقة عند جهد يتجاوز 4.5 فولت.

3.3.2 أنظمة المذيبات القائمة على السلفوناميد

قدّم شو وزملاؤه (جامعة شيآن جياوتونغ، نُشرت نتائجهم في مجلة المواد المتقدمة، 2025) نهجًا رائدًا يتمثل في استخدام إلكتروليت سلفوناميد مختلط مُكوّن من ملح LiFSI ومذيبين من السلفوناميد، دون الحاجة إلى أي إضافات. يُشكّل هذا الإلكتروليت طبقةً بينيةً كثيفةً غنيةً بالمواد غير العضوية، ذاتية التحديد، على مصاعد السيليكون خلال عملية الليثيوم الأولى. في ظل ظروف قاسية (جهد قطع 4.5 فولت، وسعة سطحية 5 مللي أمبير/سم²)، حققت خلايا NMC811|| عالية السيليكون ذات الغلاف المرن احتفاظًا بنسبة 80% من السعة بعد 1150 دورة شحن وتفريغ، مقارنةً بـ 383 دورة فقط باستخدام الإلكتروليت الصناعي التقليدي.

3.4 معالجة السلامة الحرارية

• إدارة الحرارة على مستوى النظام : يجب إعادة معايرة أنظمة إدارة الحرارة للبطاريات للإلكتروليتات القائمة على LiFSI، مع مراعاة درجات حرارة بدء الهروب الحراري المميزة وملامح انبعاث الغاز.

• ضبط تركيبة الإلكتروليت : يمكن لضبط نسب المذيبات وإضافة المواد المضافة المقاومة للهب (مثل المركبات المحتوية على الفوسفور) تعديل السلوك الحراري دون المساس بالتوصيل الأيوني.

• توصيف قياس السعرات الحرارية بمعدل التسارع (ARC) : يعد اختبار الهروب الحراري الشامل الخاص بكل تركيبة من تركيبات LiFSI أمرًا ضروريًا، بدلاً من الاعتماد على الاستقراء من معايير LiPF₆.

3.5 تحسين توافق أنود السيليكون

• هندسة الإلكتروليت من أجل طبقة SEI قوية : الجمع بين LiFSI مع الأملاح المشتركة وأنظمة المذيبات المصممة خصيصًا لتشكيل طبقة SEI تستوعب تمدد الحجم مع الحفاظ على النقل الأيوني.

• استراتيجيات ما قبل الليثيوم و SEI الاصطناعي : يمكن أن يؤدي استكمال مخزون الليثيوم وتشكيل طبقة بينية متوافقة ميكانيكيًا إلى تعويض عدم استقرار SEI الأولي المرتبط بـ LiFSI على أسطح السيليكون.

• هندسة الإلكتروليت لتنظيم طبقة SEI على مصاعد السيليكون : أظهرت الأعمال الحديثة (OAE Publishing، EnergyZ، 2026) أن الجمع بين إيثر ثنائي غليسيديل الإيثيلين جليكول (EGDE) مع LiFSI يزيد من إمكانية الوصول إلى الأنيون عن طريق تصميم تنسيق Li⁺، وبالتالي تعزيز استقرار طبقة SEI على جزيئات السيليكون ذات الحجم الميكرومتري.

4. ملخص وتوقعات

التحدي الأول : تآكل جامع التيار المصنوع من الألومنيوم. السبب : فشل FSI⁻ في تخميل سطح الألومنيوم. أفضل حل للتخفيف الحالي : ملح مزدوج من LiFSI + LiPF₆ + مادة مضافة من LiDFOB. النضج : معتمد صناعيًا

التحدي الثاني : ارتفاع تكلفة الإنتاج. السبب : تركيب معقد، إنتاجية منخفضة، معالجة النفايات. أفضل الحلول الحالية : التوسع في الإنتاج + تحسين العملية + الأملاح المخلوطة. حالة النضج : قيد التنفيذ.

التحدي الثالث : عدم استقرار طبقة التفاعل الكهروكيميائي/ تشقق الكاثود. السبب : انكسار الرابطة S-F عند الجهد العالي . أفضل حلول التخفيف الحالية : المذيبات المفلورة، والإلكتروليتات السلفوناميدية. مستوى النضج : التحقق المختبري.

التحدي الرابع : خطر الهروب الحراري. السبب : تغير مسارات التحلل تحت الشحن السريع . أفضل حلول التخفيف الحالية : إدارة حرارية على مستوى النظام + توصيف ARC. مرحلة النضج : مبكرة.

التحدي الخامس : عدم توافق مصعد السيليكون. السبب : تكسر طبقة SEI نتيجة التمدد الحجمي. أفضل الحلول الحالية : إلكتروليتات السلفوناميد المختلطة، إضافات EGDE. مرحلة النضج : التحقق المختبري.

يتجه مسار أبحاث LiFSI من التخفيف السلبي (الحماية القائمة على الإضافات) نحو التصميم الجزيئي الفعال، وذلك من خلال هندسة بنية المذيب، وتنسيق الأنيونات، والكيمياء البينية للقضاء جذريًا على الظروف التي تؤدي إلى التآكل وعدم الاستقرار. ومع التقدم المستمر في تركيب الإلكتروليت وتوسيع نطاق التصنيع، ينتقل LiFSI من كونه إضافة متطورة لأنظمة الشحن السريع إلى ملح ليثيوم أولي فعال من الجيل التالي.

من المرجح أن تشهد السنوات القادمة تقارب ثلاثة اتجاهات رئيسية: (1) نضوج تركيبات الأملاح الثنائية والمتعددة التي توازن بين التكلفة والأداء، (2) ظهور أنظمة مذيبات جديدة (السلفوناميدات، والإيثرات المفلورة، والسوائل الأيونية) التي تعالج تحديات طبقة التفاعل بين الإلكتروليت والقطب (CEI) والتآكل من جذورها الجزيئية، و(3) استمرار انخفاض تكاليف إنتاج LiFSI من خلال ابتكار العمليات وتوسيع الطاقة الإنتاجية. وتضع هذه التطورات مجتمعةً LiFSI في صميم التطور الرئيسي التالي في تكنولوجيا إلكتروليت بطاريات الليثيوم.

مراجع

[E1] يان، ب. وآخرون. "آلية وتخفيف ذوبان الفولاذ المقاوم للصدأ في الإلكتروليتات القائمة على LiFSI." Nature Communications ، 2026.

[E2] Liu, Q. et al. "محلول إلكتروليتي سائل أيوني هجين مفلور لبطاريات الليثيوم المعدنية عالية الجهد." Nature Energy ، 2026.

[E3] Kautz, DJ et al. "محلول إلكتروليتي متطور من LiFSI–LiPF₆ لتطبيقات الشحن السريع ودرجات الحرارة الواسعة." مجلة الجمعية الكهروكيميائية ، 2026.

[E4] تونغ، ل. وآخرون. "صعود ثنائي (فلوروسلفونيل) إيميد الليثيوم: ملح ليثيوم فعال لبطاريات الجيل القادم." مواد اليوم ، 2025.

[E5] Zhang, M. et al. "التحديات والاستراتيجيات والآفاق في الواجهات بين الإلكتروليتات الصلبة والأقطاب الكهربائية." EnergyZ (OAE Publishing) ، 2026.

[E6] تشين، واي. وآخرون. "كيمياء تآكل الألومنيوم في بطاريات الليثيوم المعدنية عالية الجهد مع إلكتروليتات الإيثر القائمة على LiFSI." ACS Applied Materials & Interfaces ، 2024.

[E7] Jang, T. et al. “Effects of Li⁺ solvation structures on Aluminium Correlates in fluorinated ether electrolytes.” PubMed , 2025.

[E8] Scheer, KM et al. "التحلل الأنودي لجامع التيار المصنوع من الألومنيوم في خلايا أيونات الليثيوم مع LiFSI و LiPF₆ و LiBF₄." مجلة الجمعية الكهروكيميائية ، 2025.

[E9] Xue, W. et al. “Mixed sulfonamide electrolyte for long cycle-life lithium-ion batterys.” Advanced Materials , 2025.

[E10] "آلية الهروب الحراري لبطاريات الليثيوم أيون سريعة الشحن باستخدام الإلكتروليتات القائمة على LiFSI." RSC Energy & Environmental Science ، 2025.

[E11] Zhang, SS "كشف لغز LiFSI كملح منفرد في الإلكتروليتات ذات التركيز المنخفض إلى المتوسط." مجلة كيمياء الطاقة ، 2022.

[E12] "تطور الإلكتروليت: خارطة طريق من بنية الذوبان إلى بطاريات الجيل التالي." رسائل النانو والميكرو (سبرينغر) ، 2026.

[E13] "هندسة الإلكتروليت لتنظيم طبقة SEI على مصاعد السيليكون في بطاريات الليثيوم." EnergyZ (OAE Publishing) ، 2026.

تصميم واجهة منخفض الضغط ومتين لبطارية الحالة الصلبة بالكامل من الكبريتيد

2026-09-22 | Jerry Huang

ملاحظة المحرر: في 21 أبريل 2026، نشر فريق الأكاديمي شوليانغ صن وتشانغ هونغ وانغ في معهد إيسترن للتكنولوجيا في نينغبو بحثًا بعنوان "واجهة مطاطية أيونية لبطاريات الحالة الصلبة بالكامل منخفضة الضغط والمتينة" في مجلة مواد الطاقة المتقدمة. تقترح هذه الدراسة استراتيجية واجهة مطاطية موصلة أيونيًا، تُنشئ واجهة مركبة تجمع بين المرونة الميكانيكية والتوصيل الأيوني، مما يُمكّن من التشغيل المستقر لبطاريات الحالة الصلبة بالكامل (ASSBs) تحت ضغط خارجي منخفض. يُظهر المطاط الأيوني المصمم، والمكون من SIBS (بوليمر ستايرين-إيزوبوتيلين-ستايرين) وLiTFSI-G3 (ليثيوم بيس(تريفلورو ميثان سلفونيل) إيميد مع تريجلايم)، أداءً شاملاً متميزاً: موصلية أيونية عند درجة حرارة الغرفة تبلغ 0.3 ملي سيمنز/سم، وموصلية إلكتروليت مركبة تصل إلى 5.23 ملي سيمنز/سم، ومعامل مرونة منخفض يبلغ 29.8 ميجا باسكال، وثبات حراري ممتاز (≥400 درجة مئوية). وبفضل تصميم هذا السطح البيني، توفر البطارية سعة أولية تبلغ 200 ملي أمبير/غرام عند ضغط منخفض لا يتجاوز 5 ميجا باسكال، وتحقق استقراراً في دورات الشحن والتفريغ لأكثر من 700 دورة بمعدل 1C. ويُعزى هذا الفضل إلى جهود الباحثين في إيجاد حل رئيسي لمعالجة السطح البيني في بطاريات الحالة الصلبة القائمة على الكبريتيد.

خلاصة

تُبشّر بطاريات الحالة الصلبة بالكامل (ASSBs) بمستقبل واعد كأنظمة تخزين طاقة من الجيل القادم، وذلك بفضل كثافة طاقتها العالية وأمانها المتأصل. إلا أن تطبيقها العملي يعيقه الحاجة إلى ضغط خارجي مرتفع (عادةً عشرات الميغاباسكال) للحفاظ على التلامس بين الأسطح الصلبة وضمان استقرار دورات الشحن والتفريغ على المدى الطويل. في هذه الدراسة، نقدم مطاطًا أيونيًا مصممًا خصيصًا لتمكين تشغيل بطاريات الحالة الصلبة بالكامل بشكل مستقر تحت ضغط منخفض للغاية. يجمع هذا المطاط بين مصفوفة بوليمرية مرنة ميكانيكيًا وطور موصل أيوني، مما يوفر موصلية أيونية عالية عند درجة حرارة الغرفة (0.3 ملي سيمنز/سم)، ومعامل مرونة منخفض (29.8 ميجا باسكال)، واستقرارًا حراريًا ممتازًا (≥400 درجة مئوية)، وتوافقًا كيميائيًا قويًا مع الإلكتروليتات الصلبة القائمة على الكبريتيد. عند دمجه مع إلكتروليتات الحالة الصلبة الكبريتيدية، يُظهر المركب موصلية أيونية ملحوظة عند درجة حرارة الغرفة تبلغ 5.23 ملي سيمنز/سم. يؤدي دمج هذا المركب في بطاريات الحالة الصلبة ذات المهابط عالية النيكل (Ni ≥ 90%) إلى سعة أولية تبلغ 200 مللي أمبير/غرام عند 0.05C، واستقرار دوري ممتاز لأكثر من 700 دورة عند 1C تحت ضغط منخفض لا يتجاوز 5 ميجا باسكال. تُخفف هذه الاستراتيجية القائمة على المطاط الأيوني من التدهور الكهروكيميائي والميكانيكي، وتُغني عن الحاجة إلى الضغط العالي، وتوفر مسارًا قابلًا للتطوير نحو تقنيات بطاريات الحالة الصلبة العملية والمتينة.

دعونا نلقي نظرة على التحديات الحالية المتعلقة بالواجهات الصلبة في بطاريات الحالة الصلبة القائمة على الكبريتيد:

تنشأ مشكلة التلامس بين المواد الصلبة في بطاريات الحالة الصلبة القائمة على الكبريتيد بشكل أساسي من عدم قدرة المواد الصلبة على التبلل والالتصاق ببعضها البعض كما تفعل الإلكتروليتات السائلة، مما يؤدي إلى ضعف التلامس، وتفاعلات سطحية مفرطة، وتكوّن الشقوق. ويمثل هذا العائق الأكبر أمام نقل بطاريات الحالة الصلبة القائمة على الكبريتيد من المختبر إلى الإنتاج الضخم. ويمكن تصنيف التحديات المحددة إلى ثلاث فئات: قصور التلامس الفيزيائي، والتفاعلات الكيميائية الجانبية، والفشل الميكانيكي.

أولاً: ضعف الاتصال الجسدي - "دائرة مفتوحة" لمسارات الأيونات

نقطة الاتصال : كل من الكاثود وجزيئات الإلكتروليت عبارة عن مواد صلبة صلبة؛ بعد الخلط، لا يمكنها إلا أن تشكل اتصالاً من نقطة إلى نقطة مع وجود فراغات بينية وفيرة، مما يؤدي إلى انسداد قنوات نقل أيونات الليثيوم ومقاومة بينية عالية.

لا توجد قدرة على الإصلاح الذاتي : في البطاريات السائلة، يتدفق الإلكتروليت لملء الفجوات مع تمدد الأقطاب الكهربائية وانكماشها؛ بمجرد انفصال واجهة صلبة-صلبة، يكون الانفصال دائمًا.

ثانيًا: تفاعلات كيميائية جانبية وفيرة - "تسمم" السطح البيني

جانب الكاثود : تحت تأثير الفولتية العالية، تكون الإلكتروليتات الكبريتية عرضة للأكسدة وتتفاعل مع مواد الكاثود لتكوين طبقات بينية منخفضة التوصيل (مثل Li₂S وP₂Sₓ). كما تتشكل "طبقة شحنة فضائية" - حيث تُستنفد أيونات الليثيوم عند السطح البيني، وهو ما يشبه منطقة تحديد السرعة المفاجئة على الطريق السريع، مما يتسبب في زيادة كبيرة في المعاوقة.

جانب الأنود : عند ملامسته لمعدن الليثيوم، تحدث تفاعلات الاختزال بسهولة، مما ينتج عنه منتجات ثانوية ذات مقاومة عالية ويعزز نمو التشعبات الليثيومية على طول حدود الحبيبات التي يمكن أن تخترق الإلكتروليت وتسبب دوائر قصر.

ثالثًا. العطل الميكانيكي - "التفكك" بعد دورات التشغيل

تغيرات الحجم : أثناء الشحن والتفريغ، تتعرض مواد الأقطاب الكهربائية للتمدد والانكماش (يمكن أن تتضخم مصاعد السيليكون بأكثر من 300%). بعد مئات الدورات، تتشقق أسطح التلامس الصلبة وتنفصل، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في السعة.

متطلبات الضغط الخارجي : في المختبر، يمكن الحفاظ على التلامس بين الأسطح قسرًا بتطبيق ضغط خارجي يتراوح بين عشرات ومئات الميغاباسكال. مع ذلك، لا يمكن استخدام أنظمة الضغط هذه في المركبات. ويظل تحقيق تلامس مستقر تحت ضغط منخفض أو معدوم أثناء الإنتاج الضخم تحديًا هندسيًا كبيرًا.

تجدر الإشارة إلى أن الإلكتروليتات الكبريتية شديدة الحساسية للرطوبة، إذ يؤدي تعرضها للماء إلى إطلاق غاز كبريتيد الهيدروجين السام. وهذا يستلزم إجراء عملية التصنيع بأكملها في جو خامل أو في ظروف انخفاض نقطة الندى إلى مستويات متدنية للغاية، مما يزيد من صعوبة هندسة الأسطح البينية.

مرجع

https://doi.org/10.1002/aenm.202504652

تتيح الإلكتروليتات المصممة حديثًا بطاريات الليثيوم ذات كثافة طاقة تزيد عن 700 واط/كجم

2026-03-27 | Jerry Huang

ملاحظة المحرر: توفر المواد المُصنّعة حديثًا فرصًا لتطوير إلكتروليتات جديدة تُمكّن خلايا الليثيوم المعدنية من تحقيق كثافة طاقة تتجاوز 700 واط/كغ عند درجة حرارة الغرفة، ونحو 400 واط/كغ عند -50 درجة مئوية. يلعب ملح الليثيوم LiFSI دورًا هامًا في تصميم الإلكتروليتات. كل الشكر والتقدير للباحث المتميز وفريق الأكاديمي جون تشين وتشينغ تشاو من جامعة نانكاي على هذا البحث الرائع. ما هي النتائج الملهمة التي قد يُقدمها لنا هذا البحث؟ دعونا نلقي نظرة.

خلاصة

هيمنت على مذيبات الإلكتروليت للأجهزة الكهروكيميائية خلال العقود الماضية روابطٌ قائمة على الأكسجين (O) والنيتروجين (N)، حيث يُشكل تفاعل ثنائي القطب مع الأيونات (Li+، Na+، وما إلى ذلك) عادةً أساس تفكك الأيونات ونقلها، ولكنه يُعيق عملية نقل الشحنة عند سطح التماس بين الإلكتروليت والقطب. في هذه الدراسة، ومن خلال تصنيع الألكانات ذات البنية أحادية الفلور، نُبين أن الروابط القائمة على الفلور (F) ذات الإعاقة الفراغية المصممة وقاعدية لويس تُتيح إذابة الأملاح بتركيز يزيد عن 2 مول/لتر. ومن بينها، يتميز إلكتروليت أيونات الليثيوم القائم على 1،3-ثنائي فلورو البروبان (DFP) بجميع المزايا اللازمة للبطاريات عالية الكثافة الطاقية والمنخفضة الحرارة، بما في ذلك اللزوجة المنخفضة (0.95 سنتي بواز)، والثبات العالي للأكسدة (>4.9 فولت)، والتوصيل الأيوني البالغ 0.29 ملي سيمنز/سم عند -70 درجة مئوية. من خلال دمج ذرات الفلور في غلاف الإذابة الأول، يُسهّل التناسق الضعيف بين الفلور وأيونات الليثيوم عملية ترسيب/إزالة الليثيوم بكفاءة كولومبية تصل إلى 99.7% وكثافة تيار تبادل أكبر بعشرة أضعاف من كثافة تيار التبادل في حالة التناسق بين الأكسجين وأيونات الليثيوم عند درجة حرارة -50 درجة مئوية. كما تُمكّن هذه الإلكتروليتات من تشغيل خلايا الليثيوم المعدنية المرنة بكمية إلكتروليت أقل من 0.5 غرام/ساعة، محققةً كثافة طاقة تتجاوز 700 واط ساعة/كيلوغرام عند درجة حرارة الغرفة، وحوالي 400 واط ساعة/كيلوغرام عند درجة حرارة -50 درجة مئوية. تُقدّم إلكتروليتات الهيدروفلوروكربون (HFC) المستخدمة في هذا العمل نهجًا عمليًا لبناء أنظمة كهروكيميائية تتجاوز كيمياء التناسق التقليدية.

مرجع

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10210-6

خبر عاجل: الكشف عن بطارية صلبة قابلة للتطوير تشحن بالكامل في 5 دقائق فقط في معرض الإلكترونيات الاستهلاكية 2026

2026-01-07 | Jerry Huang

أخبار من معرض الإلكترونيات الاستهلاكية (CES) 2026 في لاس فيغاس، عرضت شركة Donut Lab الفنلندية الناشئة منتجها "عالي التقنية" المتفجر في معرض CES السنوي - وتدعي هذه الشركة أن بطاريتها هي أول بطارية صلبة بالكامل يتم إنتاجها بكميات كبيرة في العالم (ASSB). في معرض الإلكترونيات الاستهلاكية 2026، أعلنت شركة دونات لاب عن إطلاق ما وصفته بأول بطارية صلبة بالكامل في العالم، وهي جاهزة للإنتاج من قبل مصنعي المعدات الأصلية، وستكون أول بطارية من نوعها تُستخدم في طرازي الدراجات النارية TS Pro وUltra من شركة فيرج للدراجات النارية. وإذا ما تم تسليمها بالفعل للعملاء، فسيمثل ذلك علامة فارقة في مسيرة التحول العالمي نحو الكهرباء، إذ يُشير إلى انتقال تقنية الحالة الصلبة من المختبر إلى نماذج الإنتاج الضخم. أعلنت شركة دونات لاب، في بيان صحفي نُشر على موقعها الإلكتروني الرسمي، التزامها بالابتكار وتقديم حلول جديدة في مجال الكهرباء، وذلك من خلال السعي الدؤوب لتجاوز حدود أداء المركبات الكهربائية وطرح أحدث التقنيات في السوق. وتسعى دونات لاب إلى رسم ملامح مستقبل التنقل. وأضافت: "تتشرف دونات لاب اليوم بإطلاق أول بطارية صلبة بالكامل في العالم، قابلة للاستخدام في تصنيع المركبات الأصلية. وسيتم طرح بطارية دونات لاب الصلبة للاستخدام التجاري فورًا، لتزويد مجموعة دراجات فيرج النارية الحالية بالطاقة."

وبحسب التقارير، توفر بطارية Donut Lab الصلبة بالكامل كثافة طاقة تبلغ 400 واط/كجم، مما يتيح مدى أطول وهيكلًا أخف وزنًا ومرونة غير مسبوقة في تصميم المركبات والمنتجات.

يمكن شحن البطارية بالكامل في 5 دقائق فقط دون الحاجة إلى تقييد الشحن إلى 80٪، كما أنها تدعم التفريغ الكامل الآمن والمتكرر والموثوق.

على عكس بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، تتميز هذه البطارية الصلبة بالكامل بانخفاض طفيف في سعتها على مدار عمرها الافتراضي. وقد خضعت لاختبارات تصل إلى 100,000 دورة شحن، مما يوفر عمرًا افتراضيًا يتجاوز بكثير عمر التقنيات الحالية. وتُعد السلامة من أهم مميزاتها: فهي خالية من الإلكتروليتات السائلة القابلة للاشتعال، ولا تحتوي على خاصية الهروب الحراري، ولا تحتوي على تفرعات معدنية! وهذا يقضي تمامًا على سبب حرائق البطاريات، مما يجعلها آمنة للغاية وثورية بحق. ذكرت شركة Donut Lab أن أداء البطارية قد تم اختباره بدقة في درجات حرارة تتراوح من -30 إلى أكثر من 100 درجة مئوية (مع الحفاظ على 99 بالمائة من السعة "دون أي علامات على الاشتعال أو التدهور").

فيما يتعلق بالمواد الخام والتكاليف، تُصرّح شركة دونات لاب بأن بطارياتها الصلبة مصنوعة بالكامل من "مواد وفيرة وبأسعار معقولة وآمنة جيوسياسياً"، وخالية من العناصر النادرة، وأقل تكلفة من بدائل الليثيوم أيون. مع ذلك، لا تُحدد دونات لاب المواد المحددة اللازمة لإنتاج خلية بطاريتها الصلبة بالكامل.

حظي أنتوان غودوين، الصحفي المخضرم في مجال صناعة السيارات، بفرصة الاطلاع عن كثب على نموذج بطارية الحالة الصلبة بالكامل من شركة دونات لاب في معرض الإلكترونيات الاستهلاكية (CES) لهذا العام. ووفقًا لشرحه، فإن حجم هذه البطارية يُشابه حجم هاتف ذكي بشاشة كبيرة (مثل آيفون 17 برو ماكس)، وهي خفيفة الوزن للغاية. كما ستكون هذه البطارية فائقة الخفة مناسبة جدًا للاستخدام في الطائرات بدون طيار مستقبلًا.

بحسب خطتها، تعتزم شركة دونات لاب تطوير حلٍّ لدمج هذه البطاريات في وحدات طاقة أكبر سعة 5 كيلوواط/ساعة، وتُقارب كل وحدة حجم جهاز ألعاب بلاي ستيشن 5. سيسمح صغر حجمها بتركيب أربع وحدات طاقة من هذا النوع في هيكل دراجة فيرج تي إس برو النارية. ويستفيد هذا التصميم المبتكر من محرك كهربائي دائري مُدمج في العجلة، والذي أعلنت عنه دونات لاب العام الماضي. أعلنت شركتا دونات لاب وفيرج للدراجات النارية يوم الاثنين أن دراجات فيرج ستكون أول مركبة تُنتج بكميات كبيرة في العالم مزودة بهذه البطارية الجديدة. تتميز الدراجة النارية بوقت شحن لا يتجاوز 10 دقائق، مما يوفر مدى يصل إلى 60 كيلومترًا لكل دقيقة شحن. أما نسخة فيرج ألترا، فيمكنها قطع مسافة تصل إلى 600 كيلومتر بشحنة واحدة. ويُمكن تفسير عمر البطارية الذي يصل إلى 100,000 دورة شحن بمدى إجمالي نظري يبلغ 60 مليون كيلومتر. حتى مع قيادة الدراجة لمسافة 60,000 كيلومتر سنويًا، يُمكن لهذه البطارية نظريًا أن تدوم 1000 عام. يقول البعض إن هذا يبدو "مبالغًا فيه".

"قامت شركة Donut Lab بتصميم بطارية Donut جديدة عالية الأداء تعمل بتقنية الحالة الصلبة، ويمكن توسيع نطاق إنتاجها لتشمل أحجام إنتاج كبيرة، وهي قيد الاستخدام الفعلي حاليًا في دراجات Verge Motorcycles التي ستنطلق على الطرق في الربع الأول من عام 2026." يبدأ سعر Verge TS Pro من 29900 دولارًا. إلى جانب تركيبها في الدراجات النارية الكهربائية، تُعدّ بطاريات الحالة الصلبة واعدةً بشكلٍ واضح في تطبيقات المركبات الكهربائية. وأوضح غودوين أن مزايا هذه التقنية تبرز بشكلٍ أكبر في المركبات الكبيرة، حيث سيُظهر انخفاض الوزن وتحسين سرعة الشحن تأثيرًا مضاعفًا عند الاستخدام. وأعلنت شركة دونات لاب يوم الاثنين عن تعاونها مع شركة وات إي في المتخصصة في المركبات الكهربائية لإنشاء منصة مركبة كهربائية معيارية فائقة الخفة تجمع بين محرك دونات وتقنية البطاريات.

قال ماركو ليتيمكي، الرئيس التنفيذي لشركة دونات لاب: "لطالما وُصفت بطاريات الحالة الصلبة بأنها "على بُعد بضع سنوات فقط". إجابتنا مختلفة. إنها جاهزة اليوم، وليس لاحقًا."

لفهم أفضل، دعونا نلقي نظرة على البطاريات المستخدمة تجاريًا حاليًا. لطالما وُجدت "المعضلة الثلاثية" (أو "الثالوث المستحيل") في صناعة البطاريات، والتي تشير إلى صعوبة تحقيق التوازن بين المؤشرات الأساسية الثلاثة للبطاريات (الأداء، والتكلفة، والسلامة). غالبًا ما يتطلب تحسين أحد هذه المؤشرات التضحية بالآخر أو حتى كليهما.

بالمقارنة، تتراوح كثافة الطاقة لأفضل بطاريات الليثيوم أيون التجارية بين 250 و300 واط/كغ تقريبًا، مع عمر افتراضي نموذجي يبلغ حوالي 5000 دورة شحن. ولإطالة عمر البطارية، يُنصح عادةً بعدم شحنها لأكثر من 80%. إذا كانت جميع خصائص بطارية دونات صحيحة، فإنها تتفوق بشكل أساسي على التقنيات الحالية في جميع الجوانب.

ما التقدم الذي أحرزته شركات تصنيع البطاريات الأخرى حتى الآن؟ وما هي خططها للإنتاج الضخم لبطاريات الحالة الصلبة ذاتية التشغيل؟ أعلنت شركة سونودا في أكتوبر 2025 عن جيل جديد من بطاريات الحالة الصلبة البوليمرية بكثافة طاقة تبلغ 400 واط/كجم، وعمر افتراضي لا يتجاوز 1200 دورة شحن. كما تم طرح الجيل الثاني من بطارية شينشينغ الفائقة، التي أطلقتها شركة CATL في أبريل 2025، في الأسواق، ويبلغ مداها 520 كيلومترًا بشحن لمدة 5 دقائق. ويبلغ العمر الافتراضي لبطارية فوسفات الحديد الليثيوم من الجيل الخامس أكثر من 3000 دورة شحن.

خططت تويوتا في البداية لبدء الإنتاج الضخم لبطاريتها الصلبة بالكامل في عام 2020، ولكن تم تأجيل ذلك لاحقًا إلى عام 2023، ثم إلى عام 2026، والآن إلى عامي 2027-2028. كما حددت سامسونج إس دي آي هدفها المتمثل في إنتاج بطارية صلبة بالكامل قابلة للتطوير على نطاق واسع في عام 2027.

لدى شركة CATL خطة لبدء إنتاج بطاريات الحالة الصلبة بالكامل على نطاق صغير في عام 2027، وعلى نطاق واسع في حوالي عام 2030. بينما تؤكد شركتا هيونداي وكيا أن ذلك لن يكون قبل عام 2030. وتتوقع بلومبيرغ إن إي إف أنه حتى عام 2035، لن تتجاوز حصة بطاريات الحالة الصلبة بالكامل 10% من السوق العالمية للسيارات الكهربائية ومنشآت تخزين الطاقة.

المستثمرون وشركات الاستشارات لا يزالون متفائلين بشأن الطلب على الليثيوم في عام 2026

2025-12-17 | Jerry Huang

وصل سوق السيارات الكهربائية العالمي إلى معدل نمو "عقلاني" نسبياً بالتزامن مع انخفاض عالمي في دعم السيارات الكهربائية في السنوات القليلة الماضية، مما أدى إلى انخفاض الطلب على أملاح الليثيوم خلال نفس الفترة الزمنية.

توقعت شركة الاستشارات "أداماس إنتليجنس" مؤخرًا أنه مع دخول شعبية السيارات الكهربائية مرحلة نضج نسبي، سيصبح نمو الطلب على تخزين الطاقة "العامل الرئيسي المؤثر" على إنتاج البطاريات، والذي سيحدد بدوره الطلب على الليثيوم في عام 2026. وتتوقع كل من "سيتي غروب" و"يو بي إس" و"بيرنشتاين" أن يؤدي هذا التوسع في تخزين الطاقة إلى نقص في سوق الليثيوم العالمي العام المقبل. ومن المرجح أن ينمو الطلب على الليثيوم في قطاع تخزين الطاقة بنسبة 55% العام المقبل، متجاوزًا بكثير الزيادة البالغة 19% في سوق السيارات الكهربائية.

تم الكشف عن تقنية أخرى منخفضة التكلفة وصديقة للبيئة لإعادة تدوير كاثودات الليثيوم-أيون

2025-11-25 | Jerry Huang

ملاحظة المحرر: أدى التطور السريع في الإلكترونيات الاستهلاكية، والمركبات الكهربائية، وتخزين الطاقة عبر الشبكة الكهربائية إلى طلب هائل على بطاريات أيونات الليثيوم (LIBs). ومع ذلك، مع عمر افتراضي يتراوح بين 6 و8 سنوات فقط، من المتوقع أن ينتهي صلاحية أكثر من 11 مليون طن من البطاريات بحلول عام 2030، مما سيؤدي إلى ضغوط غير مسبوقة على الموارد، ومخاطر بيئية، وتحديات اقتصادية. حاليًا، تُركز جهود إعادة التدوير هذه على مواد الكاثود المُعاد تدويرها (وخاصةً أكاسيد المعادن الطبقية، LMOs)، التي تحتوي على عناصر عالية القيمة مثل الليثيوم، والكوبالت، والنيكل، والمنجنيز.

إليكم نهجًا آخر قدمه فريق كوانكوان بانغ في جامعة بكين بالتعاون مع فريق جياشين مينغ في جامعة وانغتشو للتكنولوجيا، حول إعادة تدوير كاثودات الليثيوم-أيون المستهلكة، وخاصةً الكائنات الحية المعدلة وراثيًا. شكرًا جزيلًا لجميع الباحثين، مع خالص التقدير.

ومن الجدير بالذكر أن نهج LTMS-ECR هذا يعالج بشكل مباشر الكاثودات المستهلكة التي لا تزال متصلة بمجمعات التيار المصنوعة من الألومنيوم، دون الحاجة إلى خطوة سحق الأقطاب الكهربائية إلى "مسحوق أسود"، مما يؤدي إلى تبسيط خطوات المعالجة المسبقة بشكل كبير.

تزعم تقنية LTMS-ECR أن لديها القدرة على تحقيق ربحية عالية تبلغ 1.86 دولارًا للكيلوغرام في إعادة تدوير البطاريات المستهلكة بسبب استخدامها لإلكتروليتات الملح المنصهر منخفضة التكلفة والقابلة لإعادة الاستخدام وLi2O، جنبًا إلى جنب مع المنتجات الثانوية عالية القيمة Co3O4 وLiCl، مما يُظهر تحسنًا بنحو عشرة أضعاف مقارنة بتقنيات المعالجة الحرارية المعدنية والهيدروميتالورجية.

تُظهر تحليلات الأثر التقني والاقتصادي والبيئي أن تقنية LTMS-ECR تتميز بجدوى اقتصادية واستدامة كربونية ملحوظة. وتُمثل كفاءتها العالية في الاسترداد، وانخفاض استهلاكها للطاقة، وملاءمتها للبيئة، مسارًا كيميائيًا ثوريًا لإعادة تدوير مواد الكاثود.

خلاصة

تُقدم إعادة التدوير الكهروكيميائي (ECR) استراتيجية واعدة تُسخّر الطاقة المتجددة لتفكيك أكاسيد المعادن الطبقية المستهلكة (LMOs). ومع ذلك، تقتصر مناهج إعادة التدوير الكهروكيميائي الحالية على التشغيل في درجات حرارة عالية (تصل إلى 750 درجة مئوية) باستخدام مصهور كربونات أو كلوريد القلوي كإلكتروليتات، مما يؤدي إلى استهلاك كبير للطاقة كمدخلات حرارية. تقترح هذه الدراسة إلكتروليت مصهور كلورو ألومينات قلوي منخفض نقطة الانصهار، يتكون من AlCl3–LiCl، مما يُمكّن من التحليل الكهربائي باستخدام ECR عند درجة حرارة منخفضة تصل إلى 150 درجة مئوية. ونظرًا لذوبان حامل الشحنة O2− العالي في مصهور كلورو ألومينات القلوي، يخضع كاثود LMO لعملية تفكيك اختزالي كهروكيميائي لإنتاج معادن انتقالية عنصرية وكلوريد الليثيوم (LiCl). والأهم من ذلك، أن منتجين غير قابلين للذوبان في المصهور المضاف إليه Li2O، ويمكن فصلهما بسهولة عن طريق معالجة سهلة بالترشيح المائي. من الجدير بالذكر أنه باستخدام أنود خامل من نيتريد التيتانيوم، يتم التخلص من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون أثناء التحليل الكهربائي عن طريق توليد الأكسجين، مما يساهم في تحقيق الحياد الكربوني. باستخدام نهج إعادة تدوير إلكتروليتات الملح المنصهر منخفضة الحرارة (LTMS-ECR)، يتم تحقيق معدل استرداد عالي للكوبالت بنسبة 97.3% لـ LiCoO2. تشير التحليلات التقنية والاقتصادية إلى أن تقنية إعادة التدوير هذه تقلل من استهلاك الطاقة وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة تقارب 20%، كما أنها أكثر ربحية بنحو عشرة أضعاف مقارنةً بالطرق التقليدية. يمثل هذا النهج بديلاً ثوريًا لإعادة تدوير بطاريات الليثيوم المُستهلكة بكفاءة عالية من حيث الطاقة، وبشكل مستدام، ومجدٍ اقتصاديًا.

مراجع

https://doi.org/10.1002/adma.202512984

ماذا يحدث في سوق الليثيوم وخاصة LiPF6؟

2025-10-31 | Jerry Huang

على مدى الأشهر الأربعة الماضية، شهدت العديد من أملاح الليثيوم بما في ذلك أملاح الأساس مثل كربونات الليثيوم وهيدروكسيد الليثيوم زيادة واضحة في أسعارها في السوق، وذلك وفقًا لـ LiPF6 وLiFSI، استنادًا إلى وضع العرض والطلب.

شهد الطلب على أملاح الليثيوم لتخزين الطاقة في السوق المحلية تزايدًا سريعًا في النصف الثاني من العام، تزامنًا مع تزايد الطلب على بطاريات الليثيوم من سوق السيارات الكهربائية خلال شهري سبتمبر وأكتوبر المزدهرين، مما زاد الطلب على الليثيوم من قِبل مصنعي البطاريات الذين وصلوا إلى ذروة الإنتاج تقريبًا. ومن المثير للدهشة أن الطلب من الأسواق الخارجية استمر في التزايد أيضًا. ويشكل هذا الطلب القوي من السوق عاملًا مساعدًا في ارتفاع أسعار أملاح الليثيوم. ونظرًا لأن LiPF6 لا يزال ملحًا رئيسيًا للإلكتروليت في السوق الصينية، فقد استمر سعره في الارتفاع بسرعة، متجاوزًا سعر LiFSI في أكتوبر 2025. وقد شهدنا حالات مماثلة عدة مرات في التاريخ.

من ناحية أخرى، أدت المنافسة السعرية خلال السنوات القليلة الماضية إلى توقف إنتاج العديد من مُصنّعي أملاح الليثيوم المتوسطة والصغيرة؛ كما أوقف بعض كبار المُصنّعين جزءًا من طاقتهم الإنتاجية، وسيستأنفونها بعد شهرين أو ثلاثة أشهر. ولم تكن العديد من المصانع الجديدة وطاقاتها الإنتاجية تسير بسلاسة كما هو متوقع. وأصبح عرض أملاح الليثيوم شحيحًا مؤقتًا في السوق بعد فترة من فائض الطاقة الإنتاجية لبضع سنوات.

وبما أن أسعار أملاح الليثيوم الأساسية مثل كربونات الليثيوم وهيدروكسيد الليثيوم استمرت في الارتفاع خلال الأشهر الأربعة الماضية، فقد ارتفعت أيضًا تكاليف LiPF6 وLiFSI في نفس الوقت.

حتى الآن، يُعدّ LiPF6 ملح الليثيوم الرئيسي لإنتاج الإلكتروليتات في السوق المحلية الصينية، مما يجعل الطلب عليه أقوى من غيره من الأملاح حاليًا. فهل سيستمر اختلال التوازن بين العرض والطلب في التزايد أم سيقترب من التوازن في المستقبل القريب؟ لننتظر ونرى.

توفر بووركس كربونات الليثيوم عالية الجودة، وهيدروكسيد الليثيوم عالي الجودة، وLiPF6 وLiFSI، وبطاريات عالية الجودة، وتقنية أو عالية النقاء، بأقصى سرعة. تواصل معنا الآن.

تم الكشف عن مادة هاليدية رخيصة الثمن ذات كثافة طاقة عالية وعمر دورة طويل

2025-09-09 | Jerry Huang

ملاحظة المحرر: في مجال تخزين الطاقة، تُعتبر بطاريات الحالة الصلبة الحل الأمثل لتقنيات تخزين الطاقة من الجيل التالي، إلا أن تطويرها لطالما واجه عقباتٍ حرجة في مواد الأقطاب الكهربائية. عادةً ما تتميز بطاريات الحالة الصلبة التقليدية (ASSBs) بأقطاب كهربائية مكونة من مواد فعالة، وإلكتروليتات صلبة، ومواد مضافة موصلة. ومع ذلك، فإن هذه المكونات غير النشطة (التي تشغل ما بين 40% و50% من حجم الأقطاب الكهربائية) لا تقلل من كثافة الطاقة فحسب، بل تُحفز أيضًا تفاعلات جانبية بينية، وتزيد من التواء نقل أيونات الليثيوم. على الرغم من أن تصميمات "الكل في واحد" (مواد ذات موصلية عالية ونشاط كهروكيميائي) قد تُحل هذه المشكلات، إلا أن المواد الحالية، مثل الأكاسيد (منخفضة السعة) والكبريتيدات (عالية التكلفة)، تواجه صعوبة في تلبية متطلبات الأسواق المستقبلية. تتميز الهاليدات بانخفاض تكلفتها وارتفاع موصليتها الأيونية، إلا أنها تعاني من ضعف الموصلية الإلكترونية وكثافة الطاقة. ومن ثم، فإن تطوير مواد متكاملة تجمع بين الأداء الكهروكيميائي العالي وقابلية التوسع غير المكلفة والاستقرار الميكانيكي أصبح تحديًا بالغ الأهمية.

إليكم مثالاً رائعاً. قدّم فريق من جامعة ويسترن أونتاريو في كندا حلّاً ثورياً في دراستهم المنشورة في مجلة Nature، حيث صمموا أول مادة هاليد في العالم، Li₁.₃Fe₁.₂Cl₄، تتميز بقدرة شفاء ذاتية ديناميكية وتكامل ثلاثي في واحد (كاثود/إلكتروليت/موصل). من خلال تفاعلات أكسدة واختزال عكسية Fe²⁺/Fe³⁺ وآلية انتقال فريدة من الهشاشة إلى اللدونة، تحتفظ هذه المادة بسعة 90% بعد 3000 دورة، محققةً كثافة طاقة قطب كهربائي تبلغ 529.3 واط/كجم⁻¹ (قابلة للتطوير إلى 725.6 واط/كجم⁻¹ مع التصاميم المركبة). والأهم من ذلك، أن تكلفتها لا تتجاوز 26% من تكلفة الأقطاب الكهربائية التقليدية. وقد كشف إشعاع السنكروترون، إلى جانب المحاكاة الذرية، عن آلية شفاء ذاتية مستحثة بهجرة الحديد لأول مرة! لا يقتصر هذا العمل على توفير مادة أساسية لبطاريات الحالة الصلبة فحسب، بل يُقدم أيضًا نموذجًا مثاليًا لتصميم متكامل يجمع بين المواد والميكانيكا والكيمياء الكهربائية. شكرًا للجهود الكبيرة المبذولة من جميع الباحثين.

خلاصة

تتطلب بطاريات الحالة الصلبة تصميمات مهبطية متطورة لتحقيق إمكاناتها في كثافة الطاقة العالية والجدوى الاقتصادية. تُبشّر المهبطات المتكاملة، التي تستبعد الإضافات الموصلة غير النشطة والواجهات غير المتجانسة، بتحقيق مكاسب كبيرة في الطاقة والاستقرار، إلا أنها تُعيقها مواد تفتقر إلى موصلية كافية لـ Li+/e−، ومتانة ميكانيكية، واستقرار هيكلي. نقدم هنا Li1.3Fe1.2Cl4، وهي مادة هاليد فعالة من حيث التكلفة تتغلب على هذه التحديات. بفضل أكسدة Fe2+/Fe3+ العكسية ونقل Li+/e− السريع ضمن إطارها، تحقق Li1.3Fe1.2Cl4 كثافة طاقة قطب كهربائي تبلغ 529.3 واط/كجم-1 مقارنةً بـ Li+/Li. والأهم من ذلك، تُظهر Li1.3Fe1.2Cl4 خصائص ديناميكية فريدة أثناء الدورة، بما في ذلك هجرة Fe محلية عكسية وانتقال من الهشاشة إلى اللدونة مما يُكسبها سلوكًا ذاتي الشفاء. يُتيح هذا استقرارًا استثنائيًا للدورة، مع الحفاظ على 90% من السعة لمدة 3000 دورة بمعدل 5 درجات مئوية. يُؤدي دمج Li1.3Fe1.2Cl4 مع أكسيد غني بالنيكل إلى زيادة كثافة الطاقة إلى 725.6 واط/كجم. ومن خلال الاستفادة من الخصائص الميكانيكية الديناميكية والانتشارية المميزة للهاليدات متعددة الاستخدامات، يُرسي هذا العمل أسس هاليدات متعددة الاستخدامات كخيارٍ رئيسيٍّ لكاثودات كثيفة الطاقة ومتينة في الجيل القادم من بطاريات الحالة الصلبة.

مراجع

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09153-1