شركة theion
إمكانات هائلة تكشفها البطاريات الكبريتية
تواصل شركة theion الناشئة في برلين تطوير بطاريات الكبريت كبديل مستدام للتقنيات التقليدية، وتكشف الآن عن تفاصيل تقنية جديدة مع إجراء مقارنات شاملة مع النهج المنافسة.
تُغني البطاريات القائمة على الكبريت عن المواد الخام الحيوية مثل الكوبالت والنيكل، لكنها لا تتوقف عند هذا الحد. فبفضل السعة النوعية العالية لمكوناتها، تسعى شركة theion إلى خفض التكلفة والوزن إلى نحو الثلث مقارنة بالبطاريات التقليدية. هذه التقنية الجديدة لا تُبشر فقط بزيادة الكفاءة، بل أيضًا بتحسين كبير في الاستدامة البيئية عبر تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. توجد في مجموعة الصور بيانات مقارنة بين بطاريات الكبريت والحلول الحالية.
التحول إلى الطاقة باستخدام الكبريت
تأسست شركة theion في عام 2020 وتخصصت في تقنية بطاريات جديدة ومن خلال التركيز المبكر على البنية البلورية أحادية المحور للكبريت، استطاعت أن تفرض تميزها في سوق شديد التنافسية. أدرك المؤسس المشارك مارك سلافيك، عالم المواد وخبير البطاريات، الإمكانات الكبيرة لهذه البنية في إنتاج بطاريات تجمع بين كثافة طاقة عالية، وزن خفيف، وبصمة بيئية إيجابية. الهدف هو إنتاج بطاريات ليثيوم-كبريت ذات كثافة طاقة تصل إلى 1000 واط/كجم و1200 واط/لتر مع أداء بيئي محسّن. وعلى عكس بطاريات الليثيوم أيون التقليدية التي تعتمد على موارد خام محدودة مثل الكوبالت والنيكل، تستفيد theion من الكبريت المتوفر عالميًا باعتباره منتجًا ثانويًا صديقًا للبيئة ومنخفض التكلفة. هذا التوجه لا يساهم فقط في خفض التكاليف، بل يحد أيضًا من الاعتماد على سلاسل توريد معقدة وحساسة جيوسياسيًا.
يوضح المؤسس المشارك مارك سلافيك قائلا:
"تتجه العديد من الشركات إلى دراسة الكبريت كأساس لتقنيات البطاريات المستقبلية. وفي theion، نركز على البنية البلورية أحادية الميل غاما، التي أثبتت الدراسات التي أجرتها جامعة دريكسل (Drexel) في الولايات المتحدة أنها ملائمة بشكل خاص لتطبيقات تخزين الطاقة. تتميز هذه البنية بقدرتها على استغلال سعة الكبريت التخزينية بكفاءة عالية عبر توفير سطح نشط مثالي للمادة، مما يساهم أيضًا في تعزيز استقرار دورات الشحن والتفريغ. وقد نجح فريق الباحثين في جامعة دريكسل في إثبات أكثر من 4000 دورة شحن وتفريغ كاملة دون فقدان ملحوظ في السعة — وهو إنجاز يمثل خطوة رئيسية نحو جعل بطاريات الليثيوم-كبريت خيارًا عمليًا وموثوقًا".
قفزة نوعية للتقنيات الخضراء
يُعد انتقال البولي سلفيد غير المرغوب فيه إلى القطب المعدني القلوي من أبرز التحديات في بطاريات الكبريت. غير أن theion تتغلب على هذا التحدي عبر معالجات مبتكرة للكبريت باستخدام عمليات حاصلة على براءات اختراع. يتيح الجمع بين الكاثود الكبريتي والأنود المصنوع من الليثيوم المعدني تحقيق نسبة طاقة إلى وزن أعلى بكثير من بطاريات الليثيوم-أيون التقليدية. فبينما تتراوح الأخيرة بين 130 و400 واط/كجم، يمكن لتقنية بطارية الكريستال الكبريتي أن تصل إلى 500–1000 واط/كجم تبعًا لمواصفاتها. ويعود هذا الأداء الاستثنائي إلى البنية أحادية المحور للكبريت، والتي يتم تصنيعها عبر عملية خاصة لا تتطلب طلاءات كثيفة الاستهلاك للطاقة، ما يجعلها أكثر كفاءة واستدامة. والأهم من ذلك أن هذه المقاربة فريدة من نوعها، إذ لا يستخدمها أي منافس حاليًا.
إمكانات هائلة تحملها البنية البلورية أحادية الميل للكبريت في تطوير بطاريات أكثر كفاءة واستدامة
الأساسيات التكنولوجية: بلورات الكبريت أحادية المحور
تُسهم البنية البلورية أحادية المحور للكبريت في تعزيز الاستقرار الكهروكيميائي للكاثود، مما يرفع من كفاءة استخدام الكبريت كوسيط لتخزين الطاقة. وتستند شركة Theion في ابتكاراتها إلى تقنية الإشعاع الفلاشية الحاصلة على براءة اختراع، والتي تقلل من التقلبات الحجمية للكاثود أثناء دورات الشحن والتفريغ. يهدف هذا إلى خفض نسبة الإلكتروليت إلى الكبريت (E/S) من المستوى الحالي (5 مل/جم في خلايا Li-S الحديثة) إلى ≤1,2 مل/جم. وعند دمج ذلك مع تحميل سطحي للكبريت يبلغ ≥8 ملغ/سم²، يُعتبر هذا بمثابة “الكأس المقدسة” في تصنيع خلايا الليثيوم-كبريت عالية الكفاءة. من خلال التفاعل بين خطوات العملية الأخرى الحاصلة على براءة اختراع، يمكن منع تكوين وحل البولي سلفيدات المزعجة بشكل فعال. وهذا يحسن من عمر البطارية ويحافظ على أدائها العالي حتى بعد العديد من دورات الشحن والتفريغ.
المساهمة في التحول العالمي في مجال الطاقة
يفتح هذا النهج التكنولوجي آفاقًا واسعة للتطبيقات التي تتطلب حجمًا أصغر، وزنًا أخف، واستقرارًا طويل الأمد، مثل التنقل الكهربائي، الطيران الكهربائي، وتخزين الطاقة المتجددة. ويؤكد الدكتور أولريش إيميس، الرئيس التنفيذي لشركة theion:
"مع بطاريات الليثيوم-أيون التقليدية، سرعان ما تصل تطبيقات التنقل إلى حدودها القصوى. أما تقنيتنا القائمة على الكبريت البلوري، فيمكن أن تتيح للسائقين قطع مسافات أطول بثلاث مرات، مع تقليل وقت الشحن وتكاليف الشراء. وفي الوقت نفسه، نتجاوز الاعتماد على المواد الخام الحيوية القادمة من مناطق غير مستقرة. كما أنها تجعل الطيران الكهربائي – سواء عبر سيارات الأجرة الجوية أو على المسافات المتوسطة – خيارًا اقتصاديًا قابلًا للتطبيق. ما زال أمامنا الكثير من العمل، لكننا ملتزمون بتحقيق هدفنا." وقد تم بالفعل إثبات جدوى تقنية بطارية الكريستال الكبريتي عبر نماذج أولية قابلة للتشغيل على شكل بطارية زر. أما الخطوة التالية فتتمثل في تطوير خلية كيسية عالية الكفاءة، تمثل نقلة جديدة في مسار الابتكار.