السيارات الكهربائية تسيطر ببطء على سوق السيارات في جميع أنحاء العالم. كان هناك وقت كثرت فيه الشكوك بشأن موعد بدء استخدام المركبات الكهربائية بالفعل ، ولكن الآن تبيع المركبات الكهربائية بشكل جيد لدرجة أن الشركات المصنعة لا تستطيع إنتاج ما يكفي منها. ومع ذلك ، فإن أحد الانتقادات الرئيسية التي ابتليت بها السيارات الكهربائية تدور حول تقنية البطاريات.
النبأ العظيم هو أن تكنولوجيا البطاريات الجديدة في الطريق ، وأن بطاريات الحالة الصلبة هي جزء من هذه الموجة الجديدة من تقنية البطاريات التي ستحدث ثورة في السوق. إذن ، ما هي بطارية الحالة الصلبة ، وكيف ستحسِّن من مركبتك الكهربائية؟
ما هي بطاريات الحالة الصلبة؟
تتفوق بطاريات الحالة الصلبة على بطاريات الليثيوم أيون التقليدية في كل مقياس نظري ، بما في ذلك EV Holy Grail: range. بالطبع ، كل هذا من الناحية النظرية لأن بطاريات الحالة الصلبة لم يتم تركيبها بعد في مركبة إنتاج من أي من كبرى شركات صناعة السيارات التي تقدم المركبات الكهربائية.
بغض النظر ، فإن الضجيج المحيط ببطاريات الحالة الصلبة يتزايد لأن التغييرات التي تعد بها ثورية حقًا. تتميز بطاريات الحالة الصلبة بإلكتروليت صلب ، بينما تستخدم بطاريات الليثيوم أيون التقليدية a السائل المنحل بالكهرباء للمساعدة في حركة الأيونات بين الأقطاب الموجبة والسالبة من البطارية.
هذا الاختلاف الرئيسي هو المحفز للعديد من المزايا التي تتمتع بها بطاريات الحالة الصلبة على البطاريات التقليدية. تعد بطاريات الحالة الصلبة أيضًا بكثافة طاقة فائقة مقارنةً ببطاريات الليثيوم أيون ، والتي تعد في حالة الأشخاص العاديين تعني المصطلحات أنه يمكنك الحصول على نطاق أكبر من بطارية الحالة الصلبة بنفس حجم بطارية ليثيوم أيون.
تعمل كثافة الطاقة الإضافية أيضًا على تقليل الوزن لأنه يمكنك تعبئة بطارية أصغر حجمًا وأخف وزنًا في السيارة ، وستوفر لك هذه البطارية نفس أداء ليثيوم أيون أثقل البطارية. شيء آخر يجب مراعاته هو فوائد التعبئة والتغليف. تشغل بطاريات الحالة الصلبة مساحة أقل ، مما يسمح للمصنعين بتغليفها بشكل أكثر كفاءة ، وهو مفيد بشكل خاص للمركبات الكهربائية عالية الأداء التي تتطلع إلى خفض مركز كتلة السيارة.
كيف تعمل بطاريات الحالة الصلبة؟
حسنًا ، من حيث كونها بطارية ، فهي في الواقع مشابهة تمامًا لبطاريات الليثيوم أيون. أنهم توليد الكهرباء من خلال حركة الأيونات بين الكاثود والأنود (أو الأقطاب الكهربائية) ، مما يؤدي إلى إنشاء تدفق كهربائي يمكن إعادة توجيهه لتشغيل المحرك الكهربائي للمركبة. إذا كانت الأيونات تتدفق من القطب الموجب (الكاثود) إلى القطب السالب (الأنود) ، فإن البطارية قيد الشحن. إذا كان العكس صحيحًا ، فإن البطارية تطلق طاقة.
في بطاريات الليثيوم أيون التقليدية ، يسند الأنود والكاثود طبقة فاصلة وسطى ، مما يمنع الإلكتروليتات من القطبين من الاختلاط. ولكن في بطاريات الحالة الصلبة ، لا يوجد الفاصل لأن المنحل بالكهرباء صلب بالفعل ، ويعد بطاريات أخف وزنًا وتغليفًا أفضل. لا تزال الأيونات تتحرك عبر الإلكتروليت الصلب ، لكن الكثافة الأكبر للإلكتروليت الصلب هي التي توفر كثافة طاقة أكبر.
ميزة أخرى للإلكتروليت الصلب هي مخاطر أقل على السلامة حيث لا يوجد سائل ينسكب إذا ثقب عرضي في حادث ، مما يقلل من مخاطر الحرائق المحتملة من المواد القابلة للاشتعال بالكهرباء.
يمكن أن تتميز بطاريات الحالة الصلبة بكثافة طاقة أكبر من بطاريات الليثيوم أيون العادية ، والتي يمكن أن تُعزى إلى عدة أسباب. وفق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أخبار، أحد الأسباب الرئيسية لزيادة كثافة الطاقة لبطاريات الحالة الصلبة يأتي من حقيقة أن هذه البطاريات تتميز بقطب كهربائي مصنوع من معدن الليثيوم النقي.
تأتي المكاسب المحتملة في كثافة الطاقة التي توفرها بطاريات الحالة الصلبة من حقيقة أنها تتيح استخدام النقي معدن الليثيوم كأحد الأقطاب الكهربائية ، وهو أخف بكثير من الأقطاب الكهربائية المستخدمة حاليًا المصنوعة من الليثيوم المشبع الجرافيت.
يعتبر الكاثود والإلكتروليت كلاهما صلبًا في بطارية صلبة ، وهو ما يمثل اختراقًا آخر التي تتيح لهذه البطاريات أن تعد بمثل هذا الأداء المذهل عند مقارنتها بالبطاريات التقليدية العروض.
هل هناك أي عيوب لبطاريات الحالة الصلبة؟
تبدو بطاريات الحالة الصلبة مثالية ، لكنها بالطبع ليست كذلك. هناك بعض الأشياء التي يجب مراعاتها عند مناقشة بطاريات الحالة الصلبة ، ومن الحكمة معرفة أين تقف التكنولوجيا حاليًا.
إن فصل إمكانات التكنولوجيا عن مكان وجودها بالفعل في حالتها الحالية أمر في غاية الأهمية. لا تزال أبحاث بطاريات الحالة الصلبة جارية ، ومن الواضح أن التكنولوجيا ليست متقدمة مثل بطاريات أيونات الليثيوم ، وهذا هو سبب عدم توفرها في Tesla أو Chevy Bolt أو غير ذلك.
واحدة من المشاكل الرئيسية التي يجب التغلب عليها هي حركة الأيونات من خلال الفاصل الصلب. وفق بطارية فلاش، يجب أن يعمل فاصل بطارية الحالة الصلبة عند درجة حرارة عالية ليعمل بشكل فعال.
الأيونات هي مادة ، ذرات ، وبالتالي فمن المنطقي أنها تتحرك بسهولة أكبر في السائل ، أثناء ذلك يجب أن يكون للمادة الصلبة (فاصل السيراميك) تركيبة خاصة حتى تتمكن من السماح للأيونات بالحركة بحرية.
هناك بالفعل فواصل عالية الأداء بهذا المعنى ، ولكن فقط في درجات حرارة عالية ، لأن الأقطاب الصلبة تصبح موصلة جيدة فقط عند درجات حرارة أعلى من 50 درجة. يعني هذا الحد أن تقنية الحالة الصلبة لا تزال تستخدم بصعوبة في المركبات الحقيقية ، لأننا لا نستطيع افتراض أن البطارية ساخنة دائمًا
من الواضح أنه لا توجد تقنية مثالية منذ البداية ، والبحث مستمر في مجال بطاريات الحالة الصلبة. توجد عيوب أخرى ، ولكن يتم تخصيص الكثير من الموارد لإيجاد حلول لهذه المشكلات.
تحظى تقنية بطاريات الحالة الصلبة بدعم هائل من صناعة السيارات ، وستؤدي هذه الاستثمارات إلى تسريع جاهزية إنتاج هذه البطاريات. تشكيلة VW's EV بالتأكيد ستستفيد من هذه الاختراقات المحتملة في تكنولوجيا البطاريات.
توقع رؤية بطاريات الحالة الصلبة قريبًا
يراهن مصنعو السيارات الكهربائية على تكنولوجيا بطاريات الحالة الصلبة ، ويلتزم عمالقة السيارات بأموال لصالح لن يساعد البحث والتطوير في تقنية بطاريات الحالة الصلبة إلا في تسريع الوقت الذي يستغرقه الحصول عليها سوق.
توفر بطاريات الحالة الصلبة مزايا كثيرة جدًا مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون التقليدية التي يجب تجاهلها. توقع المزيد من الاختراقات في تكنولوجيا البطاريات ذات الحالة الصلبة في السنوات القادمة ودفعة كبيرة للوصول بهذه البطاريات إلى الجدوى التجارية لاستخدامها في المركبات الكهربائية.
