سرايا - تتأثر كفاءة البطاريات وسعتها وعمرها الافتراضي بعوامل عديدة، لكن أحد المفاهيم المهمة في هذا المجال يُعرف باسم «تأثير برميل البطارية»، وهو مبدأ يوضح كيف يمكن لخلية واحدة ضعيفة أن تحدّ من أداء نظام كامل لتخزين الطاقة، حتى لو كانت بقية الخلايا تعمل بكفاءة عالية.
وتشبه هذه الظاهرة برميلاً مصنوعاً من ألواح خشبية متفاوتة الأطوال؛ إذ لا يمكن ملؤه بالماء إلى مستوى يتجاوز أقصر لوح. وبالمثل، قد تحدّ أضعف خلية في حزمة البطارية من السعة القابلة للاستخدام، ما يؤثر في كفاءة النظام ومدة تشغيله.
كيف يعمل تأثير البرميل في البطاريات؟
تحتوي خلية البطارية على قطبين كهربائيين، المصعد والمهبط، يفصل بينهما إلكتروليت يسمح بانتقال الأيونات. وعند توصيل عدة خلايا معاً لتشكيل حزمة بطارية، كما في السيارات الكهربائية والحواسيب المحمولة، يصبح التفاوت في أداء الخلايا عاملاً مهماً في تحديد كفاءة النظام.
ومع مرور الوقت، تتراجع سعة الخلايا نتيجة التفاعلات الكيميائية والتغيرات التي تحدث داخلها، فيما يمكن للحرارة المرتفعة وتسارع دورات الشحن والتفريغ أن تزيد من وتيرة التدهور.
وفي حزم البطاريات متعددة الخلايا، قد تصل إحدى الخلايا إلى حدود الجهد المسموح بها قبل غيرها، ما يستدعي إيقاف الشحن أو التفريغ لحماية النظام، حتى لو بقيت لدى خلايا أخرى سعة إضافية قابلة للاستخدام.
نظام إدارة البطارية.. خط الدفاع الأول
للحد من هذه المشكلة، تعتمد البطاريات الحديثة على نظام إدارة البطارية (BMS)، الذي يراقب الجهد والتيار ودرجة الحرارة، ويساعد على منع الشحن الزائد والتفريغ المفرط وارتفاع الحرارة.
وتُعد موازنة الخلايا إحدى أهم وظائف هذا النظام، إذ تهدف إلى تقليل الفوارق في مستويات الشحن بين الخلايا، وتحسين الاستفادة من السعة المتاحة.
وتنقسم الموازنة إلى نوعين رئيسيين: الموازنة السلبية، التي تتخلص من الطاقة الزائدة في الخلايا الأعلى شحناً على هيئة حرارة، والموازنة النشطة، التي تنقل الطاقة من الخلايا الأعلى شحناً إلى الأقل شحناً، ما يتيح استخدام الطاقة بكفاءة أكبر، وإن كانت هذه الطريقة أكثر تعقيداً وتكلفة.
هل يمكن التخلص من المشكلة مستقبلاً؟
يواصل الباحثون تطوير مواد وأقطاب كهربائية أكثر كفاءة، إلى جانب تحسين أنظمة إدارة البطاريات وتقنيات موازنة الخلايا، بهدف تقليل الفوارق بين الخلايا وإبطاء تدهورها.
وقد تساعد هذه التطورات على إطالة عمر البطاريات وتحسين أدائها، خصوصاً في السيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة، لكن تأثير البرميل لا يختفي تماماً بمجرد تحسين الموازنة؛ إذ تظل جودة الخلايا وتجانسها وظروف التشغيل عوامل أساسية في تحديد عمر البطارية وكفاءتها.
الرجاء الانتظار ...
التعليقات