تقنية البطارية الصلبة كان واعدًا في مجال تخزين الطاقة. شركات إنتاج البطاريات تطل على بطاريات الحالة الصلبة كمستقبل السيارات. بطاريات السيراميك تشتهر بسرعة شحنها، وثباتها، وفعالية تخزينها للطاقة، وعمرها الافتراضي الأطول. وتُعدّ البديل الأمثل 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، بينما يتكون الكاثود في الغالب من مادة مركبة. يمكن أن يكون الإلكتروليت إما سيراميكًا أو بوليمرًا أو زجاجًا.
فوائد بطاريات الحالة الصلبة
ال فوائد بطاريات 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
- المادة الصلبة تؤخر التفاعلات الجامحة.
بطاريات الحالة الصلبة مقابل بطاريات أيون الليثيوم
الجدول أدناه يعطي فكرة عادلة فيما يتعلق بالاختلافات الرئيسية بين بطارية SSD مع أيون الليثيوم.
|
|
بطارية الحالة الصلبة |
أيون الليثيوم |
|
تعبير |
|
|
|
كثافة الطاقة |
|
|
|
وزن |
|
|
|
متانة |
|
|
|
استقرار |
|
|
|
سرعة الشحن |
|
|
|
التوفر |
|
|
التطورات الأخيرة: حالة بطارية الحالة الصلبة
العالمي بطارية الحالة الصلبة من المتوقع أن ينمو سوق السيارات الكهربائية بنحو 90% مع ازدياد استخدام المركبات الكهربائية. ونظرًا لأن معظم الدول تطبق ضوابط صارمة للانبعاثات، تُعتبر المركبات الكهربائية مستقبل السيارات.
العالمي شركة بطاريات السيارات الكهربائية يركز حاليًا على تصميم بطاريات لنطاق كهربائي أكبر. وكما يقول الباحثون، فإن Solid بطاريات الدولة من المحتمل أن تخزن ضعف الطاقة المتوفرة في بطاريات الليثيوم. شركات إنتاج البطاريات يعملون بجد لتطوير تقنية البطارية الصلبة كبديل مستقبلي.
اختراق في مجال بطاريات السيارات الكهربائية
التطورات في تكنولوجيا بطاريات الحالة الصلبة تظهر يومًا بعد يوم. بعض من أكثر التطبيقات التجارية أهمية أنواع بطاريات الحالة الصلبة من اليوم وتفاصيلها موضحة أدناه.
بطارية تويوتا 900 ميل
لقد قامت شركة تويوتا بتطوير أحدث التقنيات لاستخدامها بطارية الحالة الصلبة في إيف منذ سنوات. في الآونة الأخيرة أخبار بطاريات السيارات الكهربائية لقد غمرتني المعلومات تكنولوجيا البطاريات الجديدة من تويوتا. كما تم الإعلان عنه، بطارية سيارة تويوتا الكهربائية ومن المقرر أن تبدأ المبادرة إنتاجها في عام 2026.
ال بطارية الحالة الصلبة من تويوتا صُممت السيارة لتوفير مدى يصل إلى 900 ميل، وفقًا للمتحدث الرسمي. صُممت بطارية السيارة لشحنها لمدة 10 دقائق. تكنولوجيا البطاريات الجديدة 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
أعلنت سامسونج عن مجموعتها من بطاريات الحالة الصلبة للسيارات الكهربائية بكثافة 500 واط/كجم. يستغرق شحنها حوالي 9 دقائق، وفقًا لأخبار بطاريات الحالة الصلبة. وتؤكد سامسونج جاهزية النظام التجريبي للعمل بكامل طاقته. ومن المقرر أن يبدأ الإنتاج الضخم في عام 2027.
بطارية صلبة صينية
ال مصنعي بطاريات الحالة الصلبة وقد حققت إنجازات ملحوظة في الصين. تمتلك شركة لي بيور إنرجي خط إنتاج بطاريات الجيل القادم مع إمكانية شحن تصل إلى 2 لاك من السكوتر. ومن بين عمالقة هذا المجال أيضًا شركتا Amperex وChery، اللتان تتطلعان إلى تحقيق إنجاز كبير بحلول عام 2027.
بطارية صلبة من Quantumscape
Quantumscape هي شركة رائدة في بطارية سيراميكية تطوير بطارية ليثيوم مزودة بفاصل سيراميكي مركّز. سيُجنّب المنتج المسمى "كوبرا" مشاكل الاشتعال في النظام الكهربائي الحالي. يهدف النموذج الأولي إلى توفير شحن 80 طنًا و1 طنًا و3 أطنان خلال 15 دقيقة.
كوبرا يمهد الطريق حقا ل بطارية سيراميكية. وتوقع المحلل سهم كيو إس هي إيرادات قدرها 5 ملايين في العام الحالي بطارية SSDومن المتوقع أن يتضاعف حجم الشركة في العام المقبل، وقد تواجه الشركة أيضًا انخفاضًا في مخزون بطارية الحالة الصلبة حوالي 500 مليون حسب الدراسات.
كم تكلفة بطارية الحالة الصلبة؟
من المعروف أن بطاريات أيون الليثيوم رخيصة الثمن. تتراوح تكلفة بطارية الإلكتروليت السائل عادةً بين 150 و200 طن/كيلوواط ساعة. من ناحية أخرى، بطاريات الحالة الصلبة باهظة الثمن. المتوقع أن تكون صلبة تكلفة البطارية الحكومية حوالي 400 - 800 $/Kwh في عام 2026. التكلفة العالية للبطاريات ذات الحالة الصلبة هي سبب توزيعها النادر من قبل شركات إنتاج البطاريات.
تكنولوجيا البطاريات السيراميكية
السيراميك غالبًا ما تكون معروفة بنقطة انصهارها العالية ومتانتها. سيراميك تُعد الإلكتروليتات بديلاً واعدًا للإلكتروليتات السائلة. فهي لا تسبب أي تسرب، وهي مستقرة حراريًا. ومع ذلك، السيراميك تشكل هجرة أيونية أقل.
تكنولوجيا البطاريات السيراميكية هي في الأساس موصلة للأيونات السيراميك استبدال الإلكتروليتات. حُددت أيونات مثل O- و Li+ وما يعادلها بأنها تنتقل بنجاح على الإلكتروليتات الخزفية. يركز الباحثون بشكل مكثف على هذه الخاصية الرئيسية لتطويرها. بطاريات السيراميك.
بطارية ليثيوم سيراميك
بطارية ليثيوم سيراميك هي تقنية ناشئة، تُعدّ بديلاً أفضل للبطاريات الأيونية التقليدية. يمكن استخدام هذه التقنية في الحالات التي تُعدّ فيها السلامة أمرًا بالغ الأهمية. سوق بطاريات الحالة الصلبة من المتوقع أن ينمو الطلب على البطاريات الخزفية خلال السنوات القليلة القادمة. ومن الآن فصاعدًا، تخضع البطاريات الخزفية لأبحاث وتطوير مكثفة.
بطاريات الليثيوم السيراميكية بطاريات صلبة قوية، تُستخدم فيها مادة السيراميك كمحاليل كهربائية. 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.
خاتمة
مصنوع من السيراميك تقنية بطاريات الحالة الصلبة تُعدّ تقنية الجيل القادم، وقد أنظار روّاد العالم إليها نظرًا لمزاياها. ومع ذلك، يُمثّل التوسع التجاري حاليًا انتكاسة واضحة. ومن المتوقع أن يُثمر البحث والتطوير الجاري عن نتائج مثمرة في المستقبل القريب في هذا المجال.