تقنية البطارية الصلبة يعد هذا الأمر واعدًا في مجال تخزين الطاقة. شركات البطاريات ذات الحالة الصلبة تجاهل التكنولوجيا باعتبارها مستقبل السيارات. بطاريات الحالة الصلبة الخزفية تشتهر هذه البطاريات بسرعة شحنها واستقرارها. كما أنها توفر تخزينًا فعالًا للطاقة وعمرًا افتراضيًا أطول، ويمكن أن تكون بديلاً لبطاريات الليثيوم.
ما هي تكنولوجيا البطاريات ذات الحالة الصلبة؟
بطارية الحالة الصلبة ببساطة، يستخدم إلكتروليتًا صلبًا لتوصيل الإلكترونات بين الكاثود والأنود. يتكون الأنود من معدن الليثيوم أو ما يعادله. أما الكاثود فهو في الغالب مادة مركبة. يمكن أن يكون الإلكتروليت إما سيراميكًا أو بوليمرًا أو زجاجًا.
تكنولوجيا بطاريات الحالة الصلبة وفوائدها
فوائد بطارية الحالة الصلبة تشمل ما يلي:
- كثافة طاقة فائقة
- استقرار حراري أكبر
- صغير الحجم وخفيف الوزن
- تجنب خطر الحريق بسبب تركيبة الإلكتروليت غير القابلة للاشتعال
- القدرة على التكيف - مناسبة للظروف البيئية الحارة والباردة الشديدة
- لا يوجد تسرب
- تحد المادة الصلبة من التفاعلات الجامحة في الإعداد بأكمله.
بطاريات الحالة الصلبة مقابل بطاريات أيون الليثيوم
الجدول أدناه يعطي فكرة عادلة عن البطارية ذات الحالة الصلبة مقابل الليثيوم
|
|
بطارية الحالة الصلبة |
بطارية ليثيوم أيون |
|
تعبير |
|
|
|
كثافة الطاقة |
|
|
|
وزن |
|
|
|
متانة |
|
|
|
استقرار |
|
|
|
سرعة الشحن |
|
|
|
التوفر |
|
|
تكنولوجيا البطاريات السيراميكية
السيراميك غالبًا ما تكون معروفة بنقطة انصهارها العالية ومتانتها. إلكتروليتات السيراميك بدائل واعدة للإلكتروليتات السائلة. فهي لا تسبب أي تسرب، وهي مستقرة حرارياً. ومع ذلك، السيراميك تشكل هجرة أيونية أقل.
بطارية سيراميكية هي في الأساس سيراميك موصل للأيونات يحل محل الإلكتروليتات. تُعرف أيضًا باسم بطاريات الحالة الصلبة التي توفر كثافة طاقة أعلى. وقد حُددت أيونات مثل O- و Li+ وما يعادلها بأنها تنتقل بنجاح على الإلكتروليتات السيراميكية. ويركز الباحثون بشدة على هذه الخاصية الرئيسية لتطويرها. بطاريات السيراميك.
بطارية ليثيوم سيراميك
بطارية ليثيوم سيراميك تُعد هذه التقنية بديلاً أفضل للبطاريات الأيونية التقليدية التي تستخدم إلكتروليتات سائلة أو هلامية. ويمكن استخدام هذه التقنية في الحالات التي تُعدّ فيها السلامة أمرًا بالغ الأهمية. بطاريات الليثيوم السيراميكية استخدم إلكتروليتات سيراميكية. أكثر الإلكتروليتات استخدامًا هي مركبات الكبريت أو المواد الخزفية مع حجر العقيق المصنوع من الليثيوم.
آلية نقل الأيونات أو التفاعل تشبه آلية بطاريات أيونات الليثيوم. على عكس بطاريات أيونات الليثيوم، بطارية ليثيوم سيراميك يحدث التفاعل في وسط صلب. تساعد هذه الخاصية تحديدًا على إبطاء آثار تسرب الإلكتروليت السائل، وتوفير استقرار حراري أفضل.
تكنولوجيا بطاريات السيارات الكهربائية
شهد سوق السيارات الكهربائية الناشئ نموًا ملحوظًا لشركات بطاريات الحالة الصلبة التي تزيد عن 90 طنًا. بطاريات السيارات الكهربائية قابلة لإعادة الشحن، وتهدف إلى تزويد المركبات الكهربائية بالطاقة. وهي عمومًا بطاريات ليثيوم أيون ذات كثافة طاقة عالية. وقد جعلت ضوابط الانبعاثات الصارمة من السيارات الكهربائية مستقبل السيارات.
بطارية السيارة الكهربائية تتميز محركات اليوم بطاقة نوعية أقل. وهذا تحديدًا يُقلل من مدى الأداء ويزيد من وزن الوقود المُعبأ في السيارة. ومع ذلك، بطارية السيارة الكهربائية من الجيل القادم يركز على تصميم بطاريات ذات نطاق كهربائي أكبر مع إمكانية تخزين ضعف الطاقة المتوفرة في بطاريات الليثيوم.
بطارية الحالة الصلبة EV
شهد العصر الحديث تطورات عديدة في تكنولوجيا بطاريات الحالة الصلبة. بعض هذه التطورات الملحوظة أخبار بطاريات الحالة الصلبة يتم تغطيتها أدناه
اختراق بطارية تويوتا
بطارية الحالة الصلبة من تويوتا كان هذا الأمر محل نقاش لسنوات. ومؤخرًا، غمرت التقارير الإخبارية بمعلومات عن بطارية تويوتا 900 ميل. كما تم الإعلان عنه، تقنية بطارية تويوتا الجديدة ومن المقرر أن تبدأ إنتاجها في عام 2026.
ال سيارة تويوتا ذات البطارية الصلبة صُممت السيارة لتوفير مدى يصل إلى 900 ميل، وفقًا للمتحدث الرسمي. صُممت بطارية السيارة لشحنها لمدة 10 دقائق. بطارية سيارة تويوتا الكهربائية ومن المتوقع أن يتم طرحه في السوق في عام 2027. وستكون كثافة الطاقة حسب المصادر 400 واط/كجم.
بطارية الحالة الصلبة للسيارات الكهربائية من سامسونج
تقنية البطارية الجديدة من سامسونج تعد بكثافة طاقة تبلغ 500 واط/كجم. مدة الشحن بطارية الحالة الصلبة الفضية من سامسونج مدته حوالي 9 دقائق. سامسونج تُعلن صراحةً عن جاهزية النظام التجريبي للعمل بكامل طاقته. من المقرر أن يبدأ الإنتاج الضخم لبطاريات الحالة الصلبة من سامسونج في عام 2027.
بطارية الحالة الصلبة من سامسونج يستخدم هذا النظام مادتين مختلفتين للأنود والكاثود. الأنود عبارة عن طبقة من كربون الفضة، والكاثود يحتوي على النيكل والكوبالت والمنجنيز. يعمل الألومنيوم كمجمع، وتُستخدم مادة عالية الكبريت كإلكتروليت في التركيب.
بطارية صلبة صينية
بطاريات صلبة صينية يشهد قطاع صناعة البطاريات الكهربائية نموًا متزايدًا مع تقدم أبحاث السيراميك. تمتلك شركة Li Pure Energy خط إنتاج لبطاريات الجيل القادم للسيارات الكهربائية، بسعة شحن تصل إلى 2 لاك دراجة بخارية. ومن بين الشركات الرائدة الأخرى في هذا المجال، Amperex وChery، اللتين تتطلعان إلى تحقيق إنجاز كبير في عام 2027.
بطارية صلبة من Quantumscape
Quantumscape هي شركة رائدة في بطارية ليثيوم سيراميكيُجنّب منتج كوبرا الجديد مشاكل الاشتعال الموجودة في التركيبات الكهربائية. يُوفّر النموذج الأولي شحنًا يصل إلى 80 طنًا/% خلال 15 دقيقة.
وفقًا للمحللين، سهم كيو إس تتوقع الشركة هذا العام تحقيق إيرادات قدرها 5 ملايين دولار، على أن تتضاعف العام المقبل. ومع ذلك، قد يواجه سهم QS أيضًا انخفاضًا قدره 500 مليون دولار.
كم تكلفة بطارية الحالة الصلبة؟
من المعروف أن بطاريات أيون الليثيوم رخيصة الثمن، إذ تتراوح تكلفتها عادةً بين 150 و200 طن/كيلوواط/ساعة. من ناحية أخرى، بحلول عام 2026، تكاليف بطاريات الحالة الصلبة حوالي 400-800 طن/كيلوواط ساعة. التكلفة العالية لبطاريات الحالة الصلبة هي سبب قلة توزيعها في شركات البطاريات ذات الحالة الصلبة
خاتمة
مصنوع من السيراميك تقنية بطاريات الحالة الصلبة تُعدّ تقنية الجيل القادم، وقد أنظار روّاد العالم إليها نظرًا لمزاياها. ومع ذلك، يُواجه التوسع التجاري حاليًا عقبةً واضحة. ومن المتوقع أن يُثمر البحث والتطوير الجاري عن نتائج مثمرة في مجال البطاريات الخزفية في المستقبل القريب.