يمكن خزن الطاقة الكهربائية في البطارية
عندما تعود إلى معلوماتك الدراسية في الثانوية العامة، ستجد أنه تم دراسة مفهوم الطاقة والتي كانت تُعرف بالقدرة اللازمة للقيام بأي عمل، وأن للطاقة مجموعة من الأشكال المختلفة والمتنوعة. وتم تصنيف هذه الأشكال إلى مجموعتين رئيسيتين، وهما الطاقة الحركية والطاقة الكامنة .
لكي تتمكن من فهم الفرق بين الاثنين، في الأغلب المرات التي كان معلمي مادة العلوم يشرحوا هذا الفرق كانوا يستخدمون مثل الصخرة. الصخرة التي تطير وتتدحرج أسفل التل تمتلك طاقة حركية وهي السبب في قدرتها علي استمرار انتقالها طوال ما لم تصادم بشيء يوقفها و الطاقة الحركية هي الطاقة المبذولة للحركة.
إذا كانت صخرة موضوعة على حافة تل ذو انحدار شديد، فإنها قادرة على التدحرج، ويمكننا النظر إلى الطاقة الكامنة المخزنة في الصخر.
تم تصنيف الطاقة الكهربائية أو الكهرباء ضمن فئة الطاقة الحركية، ويعود ذلك إلى أن كل الطاقة الكهربائية تتحول إلى حركة.
على الرغم من ذلك، يمكن تحويل الطاقة الكهربائية إلى أشكال أخرى من الطاقة التي يمكن تخزينها، فالماء الذي يحتفظ به السد يمكن أن يحتوي على طاقة جاذبية محتملة رغم أنه ليس صخرة.
هل يمكن تخزين الطاقة الكهربائية في بطارية
لا يمكنك تخزين الكهرباء بشكل مباشر، ولكن يمكن تحويلها إلى أشكال أخرى من الطاقة التي يمكن تخزينها، ويمكن لاحقًا تحويل هذه الطاقة مرة أخرى إلى كهرباء لاستخدامها من قبل المستهلك.
يتواجد فرصة تخزين الطاقة الكهربائية أمامنا بمجموعة طرق كثيرة، ومنها دولاب الموازنة أو الطاقة الميكانيكية والمياه المرتفعة أو الوزن تعني طاقة الجاذبية والهواء المضغوط الممثل للطاقة الكامنة والمكثفات في الشحنة الكهربائية، أو البطاريات وهي الطاقة الكيميائية وهذا النوع هو الأكثر شيوع وانتشار.
ماذَا تعني البطارية
البطارية هي جهاز تخزين يقوم بتخزين الطاقة الكيميائية وتحويلها إلى طاقة كهربائية عند الحاجة. وتتكون كل بطارية من خلية كهروكيميائية واحدة أو أكثر.
تحدث سلسلة تفاعلات كيميائية داخل هذه الخلايا، ويتم نتيجة لذلك تدفق مجموعة الإلكترونات داخل الدائرة، وهذا التدفق يولد التيار الكهربائي الذي يتم استخدامه في هذا العمل.
يمكننا أن نعتبر البطارية أنها مضخة إلكترون كل بطارية بها جانبين، جانب إيجابي يطلق عليه الكاثود وجانب آخر سلبي يطلق عليه الأنود، ونوع من الإلكتروليت لكي يحدث تفاعل معها بشكل كيميائي، تلك العملية منتشرة في كل البطاريات ويتواجد نوعين من البطاريات فهل طريقة تخزينها للطاقة مختلفة وهم:
- بطاريات الرصاص الحمضية
تُعدُّ أحد أقدم أنواع البطاريات القابلة للشحن في التاريخ، وقد تم تطويرها منذ حوالي 170 عامًا في منتصف القرن التاسع عشر.
تعتمد بطاريات الرصاص الحمضية على تخزين الطاقة حتى يتم تحويلها إلى كهرباء. تحتوي كل بطارية على حمض الرصاص بجهد 12 فولت ومقسمة إلى ست خلايا، وتحتوي كل خلية على خليط من حمض الكبريتيك والماء، وتحتوي على طرف سالب وطرف موجب عند توليد الكهرباء، وتفريغ الطاقة
يقوم التفاعل الكيميائي بتحطيم حمض الكبريتيك في الماء المخزن داخل الخلية لتخفيف تركيز الحمض.
Pb (s) + H SO − 4 (aq) → PbSO4 (s) + H + (aq) + 2e−
يشير مصطلح اللوح السالب إلى التفاعل الذي يفقد الإلكترونات، وHSO-4 يعد حمضًا مؤكسدًا.
- بطاريات ليثيوم أيون
يمكن للكاثود والأنود تخزين أيونات الليثيوم والطاقة، ويتم إطلاقها عندما تنتقل أيونات الليثيوم من القطب السالب إلى القطب الموجب من خلال الإلكتروليت.
بطاريات الليثيوم الشائعة تختلف تمامًا عن بطاريات الرصاص الحمضية في التفاعل الكيميائي المستخدم لديها
-
- يُعرف أكسيد الكوبالت الليثيوم (Li CO2) باسم LCO ويستخدم في الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر.
- يعرف أكسيد المنغنيز الليثيوم (LiMn2O4) باسم LMO ويستخدم في الأدوات الكهربائية.
- تُعرف مادة أكسيد الكوبالت والمنغنيز والنيكل الليثيوم (LiNiMnCoO2) باسم NMC وتُستخدم في سيارات تسلا الكهربائية.
- يُعرف أكسيد الألومنيوم والنيكل والكوبالت بالاختصار NCA، ويتم استخدامه في سيارات تسلا الكهربائية.
- تستخدم تيتانات الليثيوم المعروفة باسم LTO في الأدوات الكهربائية والتطبيقات المتخصصة.
- تُعرف أيضًا باسم LFP أو Life Po، وهي تستخدم في بطاريات Battle Born، وهي كيمياء الحديد الليثيوم الفوسفاتية.
تكنولوجيا تخزين الطاقة
تعتمد شبكة الطاقة الكهربائية على توازن دقيق بين العرض والطلب، أي بين كمية التوليد واستخدام المستهلك، وتستخدم واحدة من الطرق المساعدة في موازنة التقلبات في العرض والطلب على الكهرباء، وهي تخزين الكهرباء.
تتم عملية إعادة الإطلاق إلى شبكة الطاقة الكهربائية عبر فترتين، وهي فترة الإنتاج الذي يكون معدله مرتفعًا والطلب منخفضًا، وفترة انخفاض الإنتاج أو ارتفاع الطلب.
للتخزين فوائد عديدة منها اقتصادية وموثوقية وبيئية، معتمدة على مدى انتشاره وتوسعه ربما يقدم تخزين الكهرباء مساعدة لشبكة المرافق ويعينها في العمل بشكل أكثر كفاءة، والحد من احتمالات حدوث انقطاع في الطاقة خلال أعلى نسب للطلب ، ويتيح فرصة بناء واستخدام المزيد من الموارد المتجددة.
أجهزة تخزين الطاقة الكهربائية
- أجهزة ضخ الطاقة الكهرومائية
يتم استخدام الكهرباء لضخ الماء إلى الخزانات، وعندما يتم إطلاق الماء من الخزانات، يتدفق عبر التوربينات ويتم توليد الكهرباء .
يتم استخدام الهواء المضغوط في يون يتم ضخه عن طريق الكهرباء حتى يصل إلى ضغط 1000 رطل لكل بوصة مربعة من السعة التخزينية. في حال زيادة الطلب على الكهرباء والنسب العالية في الكهوف الأرضية، يتم إطلاق الهواء المضغوط لتحريض مولد التوربينات التوسعية لتوليد الكهرباء.
- أجهزة تخزين الطاقة الحرارية
يمكننا استخدام الكهرباء لإنتاج الماء المثلج أو الثلج في الأوقات التي يكون الطلب عليها منخفضًا، واستخدامها في وقت لاحق لعمليات التبريد أثناء فترات ارتفاع معدل استهلاك الكهرباء.
- الحذافات
تُستخدم قوة دوران دولاب الموازنة، وهو نوع من الدورات، للحفاظ على الطاقة كطاقة دورانية حركية، وعند الحاجة للاستخدام يتم تشغيل المولد باستخدام قوة دوران دولاب الموازنة.
تستخدم بعض الحذافات كحامل مغناطيسي حيث تعمل في الفراغ لتقليل الاحتكاك، ويمكنها أن تصل سرعات دوران تصل إلى 1000 دورة في الدقيقة كحد أقصى.
- بطاريات
يمكن استخدام البطاريات الشائعة والمنتشرة التي يمكن إعادة شحنها والتي تحتوي على سعة كبيرة لتخزين الكهرباء إلى أن نحتاجها. يمكن استخدام أنظمة بطاريات الليثيوم أيون وحمض الرصاص وحديد الليثيوم وتقنيات البطاريات الأخرى.
بالإضافة إلى تلك التقنيات، توجد تقنيات حديثة قيد التطوير، مثل بطاريات التدفق والمكثفات الفائقة وتخزين الطاقة المغناطيسية الفائقة التوصيل.