مواد عديدة — من الكبريت والصوديوم إلى المنغنيز والجزيئات العضوية — حاولت أن تحل محل بطاريات الليثيوم-أيون السائدة. وحتى الآن، فشلت جميعها.
بطاريات "عضوية"، تُصنع من بعض أكثر المواد الكيميائية وفرة على الأرض، بما في ذلك الكربون والأكسجين والنيتروجين، كانت من بين أكثر الإخفاقات المحبطة. فهي من المفترض أن تكون أرخص من البطاريات الحالية التي تعتمد على المعادن. ومع ذلك، لم يتمكن أحد من فك لغز البطاريات العضوية.
حتى الآن، ربما.
شركة ناشئة شابة تُدعى XL Batteries طرحت صيغة كيميائية جديدة تقول إنها ينبغي أن تكون أرخص وأكثر أمانًا وأكثر متانة من البطاريات العضوية السابقة — بل ومن بطاريات الليثيوم-أيون نفسها.
قال توم سيستو، المؤسس المشارك والرئيس التنفيذي لـ XL Batteries، لموقع TechCrunch:
"يجب أن تكون تكلفة رأس المال منخفضة للغاية."
لا تتوقع أن تجد منتجات الشركة في سيارة كهربائية من الجيل القادم، إذ إن السائل الذي تستخدمه XL Batteries لتخزين الكهرباء ضخم وثقيل أكثر من بطاريات الليثيوم-أيون الحالية. ولهذا تستهدف الشركة تخزين الطاقة على نطاق الشبكة الكهربائية، حيث تكون الكلفة والسلامة أكثر أهمية من الوزن أو الكثافة.
وحجم منشآت XL Batteries يمكن أن يكون، كما يوحي الاسم، "ضخمًا جدًا".
قالت الشركة حصريًا لموقع TechCrunch إنها تعاقدت على إنشاء وحدة تجريبية لصالح شركة Stolthaven Terminals المتخصصة في تخزين البتروكيماويات. وستكون الوحدة الأولى صغيرة نسبيًا، لكن بعد اختبارها، يمكن للشركة أن تبني بطاريات أكبر بسرعة، وفقًا لما قاله سيستو.
ويعود جزء من تفاؤل سيستو إلى أن مكونًا رئيسيًا في البطارية ليس أكثر من خزان تخزين.
قال سيستو:
"إذا استخدمنا اثنين من أكبر خزانات Stolthaven، فستكون لدينا بطارية بقدرة 700 ميغاواط/ساعة، وهو ما يكفي لتزويد حوالي 25,000 منزل بالكهرباء ليوم كامل. أعتقد أن لديهم 400 خزان في موقعهم في هيوستن."
تقوم XL Batteries بتطوير ما يُعرف بـ بطاريات التدفق. تتكون بطارية التدفق الأساسية من خزانين متصلين بمضخات تقوم بضخ سائلين عبر غشاء فاصل. عند شحن البطارية، تُدفع الأيونات إلى أحد السوائل، وعند التفريغ، تتدفق هذه الأيونات إلى الجهة الأخرى، مطلقةً إلكترونات في هذه العملية.
بطاريات التدفق تقنية قديمة، تعود إلى أواخر القرن التاسع عشر. لكن ضخامتها وانخفاض كثافتها للطاقة أعاقا انتشارها. النماذج الأحدث حسّنت من سعتها، لكنها لا تزال مكلفة نسبيًا، لأن السوائل المستخدمة تكون غالبًا مسببة للتآكل، مما يتطلب استخدام مواد باهظة الثمن للمضخات والمعدات.
أما البطاريات العضوية، فقد تم طرحها منذ مدة، لكنها كانت بعيدة المنال، إذ إن أغلب الجزيئات العضوية تنهار بسرعة عند تحميلها بالإلكترونات. وبعض الجزيئات الأكثر استقرارًا تطلبت التبريد، ومع ذلك انهارت خلال أشهر قليلة، بحسب سيستو.
ومع جزيء أكثر استقرارًا، كان من الضروري أيضًا أن تكون البطارية أرخص كي تنجح. وقد حصل سيستو على بصيص أمل خلال دراسته في جامعة كولومبيا، عندما سجل أحد المركبات العضوية التي كان يدرسها رقمًا قياسيًا في عدد الإلكترونات التي يمكن للجزيء الواحد امتصاصها. في البداية، كان لا بد من تعليق هذا الجزيء في مذيب عضوي مكلف وقابل للاشتعال. لكن لاحقًا، تمكّن هو وفريقه من جعله مستقرًا في ماء متعادل الحموضة (pH-neutral)، وعندها عرف أنهم قادرون على تأسيس شركة حول هذا الابتكار.
تتكون منشأة XL Batteries من ثلاثة أجزاء: حاوية شحن بحجم 40 قدمًا وخزانين. تحتوي الحاوية على الغشاء الخاص بالشركة ومكونات أخرى، ويتم توصيلها بالخزانات. يحدد حجم الخزانات سعة البطارية، في حين يحدد عدد الحاويات سرعة الشحن أو التفريغ.
وبما أن الشركة تستخدم الكثير من التقنيات الجاهزة، يقول سيستو إن XL Batteries يمكنها أن تبدأ في بناء بطاريات أكبر قريبًا:
"التصميم التجاري منجز بنسبة كبيرة"، وأضاف أن الشركة تعمل مع مكتب هندسي سبق له تصميم بطاريات تدفق أخرى، وقال: "كل القطع موجودة لدينا."
إلى جانب عملائها الأوائل مثل Stolthaven، تتطلع XL Batteries إلى التعاون مع منتجي الطاقة المستقلين لبناء بطاريات تدعم الشبكة الكهربائية، لا سيما في تكساس، حيث أصبحت هذه المشاريع منتشرة بسرعة.
قال سيستو:
"نعتقد أن الجدوى الاقتصادية على مستوى المشروع مقنعة للغاية."