إن الشركة التي تعتمد على بطاريات الليثيوم في أي مرحلة من مراحل عملية الإنتاج لا تشتري الطاقة فحسب، بل إنها تتحمل المخاطر أيضاً.
"أكثر أماناً من ذي قبل" لا يعني بالضرورة أنه آمن بما فيه الكفاية.
تشير رؤى الصناعة إلى أنه على الرغم من التحسن الكبير الذي طرأ على أنظمة بطاريات الليثيوم، إلا أن الأعطال واردة الحدوث. وعندما تحدث، تكون العواقب مكلفة، ومُعطِّلة، وكارثية في بعض الأحيان.
الهروب الحراري. تشكل مخاطر الحريق وعدم استقرار النظام مخاوف حقيقية في البيئات الصناعية ذات الطلب العالي.
لقد أحرز القطاع تقدماً. ومع ذلك، لا تزال هناك ثغرات في السلامة بسبب ضعف تكامل الأنظمة، وعدم اتساق المعايير، ومتطلبات الطاقة.
تحذر وكالة حماية البيئة (EPA) من أن التصميم غير السليم والتركيب غير الصحيح وإدارة دورة حياة البطاريات لا تزال من الأسباب الرئيسية للحوادث المتعلقة بالبطاريات.
الجزء الأول: لماذا لا تزال أنظمة البطاريات تفشل
1.1 الهروب الحراري: تأثير الدومينو
يُعدّ الهروب الحراري أحد أنماط الأعطال المعروفة والأكثر خطورة. يبدأ هذا النمط عندما ترتفع درجة حرارة إحدى الخلايا بشكل مفرط، مما يؤدي إلى سلسلة من التفاعلات التي تنتشر في جميع أنحاء حزمة البطارية.
"تبدأ السلامة في أنظمة البطاريات على المستوى الجزيئي، من خلال التركيب الكيميائي للبطارية نفسها. ويُعد اختيار المواد المناسبة أمرًا أساسيًا لتجنب مخاطر مثل الهروب الحراري." - خبير الطاقة وإزالة الكربون، لاليت باتيدار، عبر لينكد إن.
كما تكشف النتائج التي توصلت إليها مؤسسة فاراداي أنه بمجرد بدء الهروب الحراري، يمكن أن يتصاعد في ثوانٍ، مطلقا الحرارة والغاز والنيران.
1.2 كثافة الطاقة مقابل الاستقرار
تُخزّن البطاريات الحديثة طاقة أكبر في مساحات أصغر، وهذا أمر رائع للأداء، لكنه ليس كذلك لزيادة المخاطر.
تم عرض البحث في إلكترونيات الطبيعة تؤكد الدراسات المتعلقة بمواد البطاريات أن كثافة الطاقة العالية ترتبط بعدم استقرار أكبر إذا لم تتم إدارتها بشكل صحيح.
1.3 ضعف تكامل النظام
البطارية عبارة عن نظام يتكون من خلايا. قد تحدث الأعطال نتيجةً لما يلي:
- أنظمة إدارة البطاريات الضعيفة (BMS)
- تصميم حراري رديء
- حماية غير كافية للحاوية
- التثبيت غير السليم
يوضح خبير الطاقة وإزالة الكربون، الدكتور لاليت باتيدار، أن أعطال السلامة نادراً ما تكون ناجمة عن مكون واحد في أنظمة سلامة البطاريات متعددة الطبقات، بل هي أعطال منهجية.
1.4 سوء إدارة دورة الحياة
تتدهور البطاريات. هذا أمر لا مفر منه. ما يمكن تجنبه هو تجاهله.
مجلة سلامة العمليات وحماية البيئةتُعزز أبحاث [اسم الشركة] مصداقية المخاوف المتعلقة بتدهور البطاريات ومشاكل السلامة. فقد وجدت أن البطاريات القديمة أكثر عرضة لحدوث دوائر قصر داخلية وعدم استقرار حراري إذا لم تتم مراقبتها بشكل صحيح.
الجزء 2: دراسة جدوى أنظمة البطاريات الأكثر أمانًا
2.1 ثقة العلامة التجارية
ضع الجانب الإنساني في الاعتبار، وستجد أن الثقة هشة، لا سيما عندما تقوم علامة تجارية بارزة بالمساس بالثقة.
لا ينسى الناس عندما تفشل الأنظمة. الأمر مستمر دعوى قضائية ضد فيسبوك وهذا مؤشر على ذلك. فقد اتُهمت شركة ميتا بتصميم فيسبوك وإنستغرام عن قصد لتشجيع الاستخدام الإدماني.
تدرس المحاكم الآن ما إذا كان يمكن تحميل الشركات المماثلة المسؤولية عن الضرر الذي يمكن الوقاية منه والمرتبط بتصميمات منصاتها.
يشير مكتب تور هورمان للمحاماة إلى أن آلاف الدعاوى القضائية المتعلقة بالصحة النفسية على فيسبوك قد تم دمجها مع دعاوى مماثلة ضد شركات تقنية أخرى. وفي أعقاب التسوية الأخيرة مع فيسبوك، ازداد ارتباك الناس وشكوكهم وعدم يقينهم بمن (أو بما) يثقون به.
وينطبق هذا المنطق نفسه في بيئات الأعمال بين الشركات. فعندما يحدث خلل في نظام البطارية، يسأل أصحاب المصلحة:
- "هل كان من الممكن تجنب هذا؟"
- "هل اخترنا المورد المناسب؟"
- هل يمكننا الوثوق بهذا النظام مرة أخرى؟
وهنا تكمن المشكلة الحقيقية: عدم اليقين.
الجزء الثالث: الحل
إذا كان هناك درس واحد مستفاد من علم البطاريات الحديث، فهو: لا يوجد حل واحد. تأتي السلامة من طبقات متعددة، كل منها مصمم لاكتشاف الأعطال قبل تفاقمها.
3.1 السلامة على مستوى الخلية
يبدأ الأمر بالكيمياء.
تُساهم التطورات في علم المواد في تحسين الاستقرار الحراري، والحد من قابلية الاشتعال، وتقليل انتشار الأعطال. وتشمل الابتكارات الرئيسية ما يلي:
- إلكتروليتات الحالة الصلبة
- إضافات مقاومة للهب
- مواد كاثودية أكثر استقرارًا
هذه الأمور تقلل من احتمالية الفشل من المصدر.
3.2 أنظمة إدارة البطاريات
يقوم نظام إدارة المباني القوي بمراقبة درجة الحرارة والجهد والتيار وحالة الشحن. ويمكنه إيقاف تشغيل النظام قبل أن تصبح الظروف خطيرة.
بحسب منظمة "أمريكان كلين باور"، فقد ساهمت تقنية إدارة المباني الحديثة بشكل كبير في خفض معدلات الأعطال في أنظمة تخزين الطاقة واسعة النطاق. ومع ذلك، لا يزال من الممكن أن يؤدي سوء المعايرة أو تأخر أوقات الاستجابة إلى حدوث أعطال.
3.3 التحكم في الحرارة قبل انتشارها
الحرارة عدو. تشمل الإدارة الحرارية الفعالة ما يلي:
- أنظمة التبريد السائلة أو الهوائية
- حواجز مقاومة للحرارة
- استراتيجيات تباعد الخلايا
تحسن مواد الواجهة الحرارية تساعد في احتواء الحرارة ومنع انتشارها بين الخلايا.
3.4 تصميم الحزمة والنظام
حتى في حالة تعطل خلية ما، لا ينبغي للنظام أن يتعطل.
تم تصميم حزم البطاريات الحديثة بأغلفة مقاومة للحريق، وآليات تهوية الغاز، وفصل مادي بين الوحدات.
يُعدّ الاحتواء خط الدفاع الأخير الحاسم.
3.5 المراقبة والتحليلات التنبؤية
تستطيع أنظمة المراقبة المدعومة بالذكاء الاصطناعي التنبؤ بالأعطال قبل حدوثها من خلال تحليل الأنماط في:
- تقلبات درجات الحرارة
- دورات الشحن
- انحطاط الأداء
تؤكد الدراسات التي يدعمها المختبر الوطني لجبال روكي على أن الصيانة التنبؤية هي مستقبل سلامة البطاريات.
3.6 إدارة دورة الحياة وإعادة التدوير
لا تنتهي السلامة عند مرحلة النشر. شبكات التكنولوجيا الأستاذ مارتن وينتر وهو من أشد المؤيدين لتحليلات ابتكارات البطاريات.
يزعم البروفيسور وينتر أن إعادة التدوير السليمة والإدارة السليمة للبطاريات بعد استخدامها تقلل من المخاطر البيئية ومخاطر السلامة المرتبطة بالبطاريات المتدهورة.
الأسئلة الشائعة
1. ما هو أكبر خطر يتعلق بالسلامة في أنظمة بطاريات الليثيوم؟
يظل الهروب الحراري هو الأكثر خطورة، لأنه يمكن أن يتسبب في حدوث أعطال متتالية في جميع أنحاء حزمة البطارية.
2. هل بطاريات الليثيوم الحديثة آمنة بما يكفي للاستخدام الصناعي؟
نعم، ولكن فقط عند اقتران ذلك بتصميم النظام المناسب، والمراقبة، وإدارة دورة الحياة.
3. كيف يمكن للشركات تقليل المخاطر المتعلقة بالبطاريات؟
من خلال تبني نهج أمان متعدد الطبقات: مواد متطورة، ونظام إدارة مباني قوي، وإدارة حرارية، ومراقبة تنبؤية.
4. ما الذي يجب أن أبحث عنه في مورد البطاريات؟
التركيز على الخبرة الهندسية، وشهادات السلامة، وبروتوكولات الاختبار، والدعم الفني المستمر. حلول بطاريات مخصصة، اتصل Large Powerفريق الهندسة الخاص بنا للاستشارات المهنية.
لمحة سريعة عن سلامة البطاريات
| الفئة | تبصر | مصدر |
| هارب الحراري | يمكن أن يتصاعد الوضع في غضون ثوانٍ بمجرد تشغيله | مؤسسة فاراداي |
| كثافة الطاقة | تؤدي الكثافة السكانية العالية إلى زيادة مخاطر عدم الاستقرار إذا لم تتم إدارتها. | إلكترونيات الطبيعة |
| تأثير BMS | تُقلل الأنظمة المتقدمة بشكل كبير من معدلات الحوادث | جمعية الطاقة النظيفة |
| خطر التدهور | البطاريات القديمة أكثر عرضة للأعطال الداخلية | سلامة العمليات وحماية البيئة |
كيف تبدو أنظمة البطاريات الأكثر أمانًا في الواقع العملي
الشركات التي تنجح في هذا الأمر تقوم بثلاثة أشياء باستمرار.
إنهم يختارون الموردين الذين يعتمدون على الهندسة بدلاً من البائعين. شركاء كهؤلاء يفهمون سلامة النظام على مستوى النظام.
ثانيًا، إنهم يولون الأولوية للاعتماد والاختبار. ابحث دائمًا عن الامتثال لمعايير UL وشهادات السلامة IEC والتحقق من قبل جهة خارجية.
وأخيراً، يستثمرون في البنية التحتية للمراقبة، لأن الرؤية في الوقت الفعلي لأداء البطارية لم تعد اختيارية، بل أصبحت ضرورة.
