وتناول بحث مراجعة نشرته دورية «نيتشر ريفيوز إلكتريكل إنجينيرينغ» في 16 تشرين الأول 2026 هذا التوجُّه، مع التركيز على إمكانات دمج البطاريات في المركبات والأنظمة الهندسية، والتحدّيات التي تظهر عندما تُكلَّف المادة نفسها بوظيفتَين مختلفتَين.

لماذا لا يتحوَّل كل وزن البطارية إلى طاقة؟

تتكوَّن البطارية التقليدية من خلايا تخزِّن الطاقة، لكنها تحتاج إلى هياكل تثبيت وأغلفة ووسائل تبريد وحماية وأنظمة مراقبة وتحكُّم. وهذه العناصر ضرورية لضمان السلامة والاستقرار، لكنها لا تؤدّي جميعها وظيفة تخزين الطاقة الكهربائية. وكلما ازدادت متطلّبات الحماية والتبريد والتثبيت، ارتفع الوزن الإجمالي للنظام مقارنة بوزن المواد الفعّالة التي تخزّن الطاقة فعلياً. لذلك لا يكفي تحسين كيمياء الخلايا وحدها لتحقيق أكبر استفادة ممكنة من البطارية داخل المركبة.

ويطرح الدمج الإنشائي مقاربة مختلفة: إذا أمكن جعل بعض مكوّنات الهيكل تؤدّي أيضاً وظيفة كهربائية، فقد يصبح من الممكن تقليل الحاجة إلى أجزاء منفصلة، والاستفادة بصورة أفضل من المساحة والوزن. لكنّ هذا الهدف لا يعني الاستغناء عن كل أنظمة الحماية أو التبريد، إذ تظل هذه الوظائف أساسية لمنع ارتفاع الحرارة وتلف الخلايا والحفاظ على سلامة الركاب والمعدات.

مادة تخزّن الطاقة وتتحمّل الأحمال

تُعرف إحدى المقاربات البحثية باسم «المركّبات الإنشائية للبطاريات»، وهي مواد يُفترض أن تجمع القدرة على تخزين الطاقة مع تحمّل الأحمال الميكانيكية. وفي هذه الحالة، لا يعود دور المادة مقتصراً على تزويد المحرّك بالكهرباء، بل يمكن أن تسهم أيضاً في دعم هيكل المركبة أو مقاومة الالتواء والانحناء.

وتكمن الصعوبة في أنّ متطلّبات تخزين الطاقة تختلف عن متطلّبات التحمُّل الإنشائي. فالمادة الجيدة لتخزين الطاقة تحتاج إلى خصائص كهروكيميائية مناسبة، فيما تتطلّب البنية الإنشائية صلابة ومتانة ومقاومة للتشقق والتعب الميكانيكي. وعلى هذا الأساس، يسعى الباحثون إلى تطوير أنظمة تستطيع الجمع بين هذه الخصائص، من دون أن يؤدّي تحسين إحداها إلى إضعاف الأخرى. ووفق المراجعة العلمية المنشورة حديثاً، لا تزال المواد التي تجمع التخزين الكهربائي والتحمّل الإنشائي في نظام واحد ضمن مرحلة البحث والتطوير. لذلك لا يصح التعامل معها باعتبارها تقنية ناضجة متاحة حالياً على نطاق واسع في السيارات التجارية.

السيارات والطائرات والروبوتات

تبدو السيارات الكهربائية من أبرز المجالات التي يمكن أن تستفيد من هذا النهج، لأنّ وزن البطارية وحجمها يؤثران في كفاءة المركبة ومدى سيرها. وإذا أمكن تقليل بعض الأجزاء المنفصلة ودمج وظائفها في الهيكل، فقد تنخفض الكتلة الإجمالية، بما يساعد في تحسين استهلاك الطاقة. وتبرز فرص مماثلة في الطائرات الكهربائية، إذ يمثل الوزن عاملاً بالغ الحساسية، وفي الروبوتات التي تحتاج إلى الجمع بين مصدر الطاقة والهيكل الميكانيكي ضمن مساحة محدودة.

لكنّ المتطلبات تختلف بين هذه التطبيقات. فالطائرة تحتاج إلى مواد تتحمّل الاهتزازات والأحمال المتغيّرة ضمن شروط سلامة صارمة، فيما تتطلب السيارات القدرة على التعامل مع التصادمات والتغيّرات الحرارية ودورات الشحن المتكرّرة.

أمّا الروبوتات، فقد تكون أكثر مرونة في بعض شروط التصميم، لكنّها تحتاج بدورها إلى بطاريات موثوقة، لا تفقد خصائصها الميكانيكية أو الكهربائية مع الاستخدام.

التحدّي الأكبر هو السلامة

إنّ دمج وظائف متعدِّدة في مادة واحدة قد يقلّل عدد الأجزاء، لكنّه قد يزيد تعقيد الصيانة والإصلاح. ففي البطارية التقليدية، يمكن التعامل مع بعض المكوّنات بوصفها وحدات منفصلة، أمّا عندما تصبح البطارية جزءاً من الهيكل، فقد يؤدّي الضرر الميكانيكي إلى التأثير في سلامة تخزين الطاقة، أو قد يصبح استبدال جزء متضرّر أكثر صعوبة. ويحتاج الباحثون كذلك إلى ضمان استمرار الأداء الكهربائي والإنشائي خلال آلاف دورات الاستخدام، ومقاومة التغيُّرات الحرارية والرطوبة والاهتزازات. كما ينبغي أن تكون هناك طرق موثوقة لاكتشاف الأعطال قبل أن تتحوَّل إلى مخاطر.

ومن الضروري أيضاً اختبار أداء هذه الأنظمة في ظروف قاسية، والتحقق من كيفية تعاملها مع التصادمات أو تلف جزء من البنية، فضلاً عن دراسة إمكان إعادة تدوير المواد عند انتهاء عمر البطارية.

يعكس هذا التوجُّه تحوُّلاً في فلسفة تصميم أنظمة الطاقة. فبدلاً من الاكتفاء بتحسين المادة التي تخزّن الكهرباء، يحاول المهندسون إعادة تصميم العلاقة بين البطارية والهيكل الذي يحتويها.