على الرغم من أن بطاريات الليثيوم أيون تهيمن حاليًا على سوق بطاريات السيارات الكهربائية نظرًا لارتفاع كثافة طاقتها ، إلا أن هناك اهتمامًا متزايدًا بالتقنيات البديلة. إحدى هذه التقنيات هي بطاريات الحالة الصلبة ، والتي يستكشفها مصنعو السيارات بنشاط. تختلف هذه البطاريات عن بطاريات Li-ion لأنها تستخدم إلكتروليتًا صلبًا ، والذي يعتبر أكثر أمانًا للمركبات الكهربائية المتقدمة من الإلكتروليتات السائلة والقابلة للاشتعال المستخدمة في بطاريات Li-ion.
يقترح المحللون أن أحد الأسباب الرئيسية للتبني البطيء للمركبات الكهربائية هو القلق بشأن وقت الشحن وسعة البطارية ونطاق القيادة. ومع ذلك ، أشارت التطورات الحديثة في تكنولوجيا البطاريات إلى أن بطاريات الحالة الصلبة يمكن أن تحل هذه المشكلات وتساهم في تقليل التأثير البيئي للمركبات الكهربائية.
أصبحت بطاريات الحالة الصلبة بسرعة واحدة من أكثر تقنيات التخزين الواعدة ، حيث توفر كفاءة محسنة للطاقة وأوقات شحن أسرع ونطاق قيادة أكبر. ونتيجة لذلك ، فإنهم يلعبون دورًا مهمًا في تمكين صناعة السيارات الكهربائية من تحقيق أهداف إزالة الكربون.
في ضوء مبادرات الحكومة بشأن تغير المناخ التي تهدف إلى تحقيق صافي انبعاثات صفرية بحلول عام 2050 بموجب اتفاقية باريس للمناخ ، اقترح الخبراء أن بطاريات الحالة الصلبة يمكن أن تلعب دورًا حاسمًا في تقليل البصمة الكربونية للمركبات الكهربائية. وفقًا لدراسة أجرتها Transport & Environment من Minviro ، فإن استخدام بطاريات الحالة الصلبة المصنوعة من مواد مستدامة لديه القدرة على تقليل البصمة الكربونية بنسبة تصل إلى 39٪. علاوة على ذلك ، فإن بعض طرق التعدين ، مثل استخراج الليثيوم من الآبار الحرارية الأرضية ، لها تأثير مناخي أقل بكثير من المصادر الأكثر استخدامًا ، مثل الليثيوم المستخرج من الصخور الصلبة في أستراليا.
التكنولوجيا وراء بطاريات الحالة الصلبة
كثافة الطاقة لبطاريات Li-ion التقليدية مقيدة بسبب استخدام أنودات الجرافيت. للتغلب على هذا ، تستخدم بطاريات الحالة الصلبة أنود معدن الليثيوم بدلاً من ذلك ، مما يحسن كثافة طاقتها. لكن الجمع بين أنود معدن الليثيوم وإلكتروليت سائل يمكن أن يؤدي إلى تطور التشعبات ، وهي ألياف معدنية صغيرة تنمو داخل البطارية ويمكن أن تؤدي إلى دوائر قصيرة ، مما يؤدي إلى تلف البطارية.
أحد الحلول الممكنة لهذه المشكلة هو استبدال إلكتروليتات الحالة الصلبة في البطاريات كبديل للإلكتروليتات السائلة. أظهرت أنواع معينة من إلكتروليتات الحالة الصلبة إمكانات في تقليل تكوين التشعبات ، بالإضافة إلى زيادة ثبات أنود معدن الليثيوم. من خلال تنفيذ مثل هذه الإلكتروليتات ، قد يكون من الممكن تحسين سلامة بطاريات الحالة الصلبة وطول عمرها.
من المهم معرفة أن مشكلة تكوين التغصنات لا تزال قائمة ، حيث يمكن أن تتراكم الإسقاطات المعدنية الصغيرة على سطح الليثيوم وتخترق المنحل بالكهرباء الصلب ، مما قد يؤدي إلى حدوث دوائر قصيرة. وجدت دراسة أجراها الأستاذ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا Yet-Ming Chiang وبعض طلاب الدراسات العليا ، والتي نُشرت في مجلة Joule ، طريقة للتلاعب بنمو التغصنات من خلال تطبيق الضغط وإطلاقه. هذا يجعل التشعبات تتبع مسارًا متعرجًا في نفس اتجاه القوة المطبقة. في حين أن الضغوط الميكانيكية على المنحل بالكهرباء الصلبة قد لا تقضي على تكوين التغصنات ، فإنها يمكن أن تساعد في التحكم في اتجاه نموها.
لا تزال مهمة تطوير تقنيات تصنيع فعالة من حيث التكلفة لإنتاج بطاريات الحالة الصلبة على نطاق واسع تمثل تحديًا كبيرًا. علاوة على ذلك ، هناك حاجة إلى مزيد من البحث والتطوير لتحسين أداء واستقرار بطاريات الحالة الصلبة ، لا سيما في ظروف التشغيل الصعبة ، مثل تلك الموجودة في المركبات الكهربائية.
على الرغم من كل التحديات ، بدأ عدد من مصنعي المركبات الكهربائية في تنفيذ بطاريات الحالة الصلبة للجيل القادم من سياراتهم الكهربائية. في القسم التالي ، سنلقي نظرة على بعض التطورات الأخيرة في الصناعة ومساهمتها في تطوير تقنية البطاريات هذه.
مساهمة الصناعة في تطوير بطاريات الحالة الصلبة للمركبات الكهربائية
قال الرئيس التنفيذي لشركة Honda Motor Company Toshihiro Mibe إن الشركة تعمل مع جنرال موتورز وشركاء كوريين آخرين ، مثل LG Energy Solutions ، لجعل إستراتيجية بطارية الحالة الصلبة حقيقة واقعة لطلبها المتزايد على المركبات الكهربائية. لكن ميبي تعتقد أن الحصول على تكنولوجيا بطاريات الحالة الصلبة للاستهلاك الشامل قد يستغرق عدة سنوات ، وسيكون اكتشاف خطة الإنتاج أمرًا صعبًا. بالمقارنة مع منافسيها ، مثل Toyota Motor Corporation و Nissan Motor Company ، فإن هوندا ليست متقدمة في طموحاتها لهذا الاتجاه السريع في السوق.
أعلنت تويوتا في عام 2020 أنها تطور نموذجًا أوليًا للمركبات الكهربائية يعمل على بطاريات الحالة الصلبة ، لكن السيارة لم تصدر بعد. تشير التكهنات إلى أن نموذج الإنتاج الأول سيصل على الأرجح في منتصف عام 2020 ، بالتزامن مع جهود الشركات المصنعة الأخرى لبناء مركبات كهربائية مزودة ببطاريات صلبة.
تناقش نيسان ما يعنيه مستقبل التنقل المستدام للشركة ، وكان تطوير بطاريات الحالة الصلبة أحد المجالات الرئيسية للبحث. وفقًا لـ Autocar ، تعتزم نيسان إطلاق مصنع إنتاج تجريبي لأول بطاريات الحالة الصلبة بحلول عام 2025. بعد ذلك ، تهدف الشركة إلى إكمال هندسة التطبيقات الأولية بحلول عام 2026 والبدء في نهاية المطاف في إنتاج مركبات كهربائية مجهزة بهذه البطاريات المتقدمة بحلول عام 2028.
دعمت BMW و Ford شركة Solid Power ، وهي شركة مطورة للبطاريات تعمل على استخدام الإلكتروليتات الصلبة القائمة على الكبريتيد لإنتاج بطاريات خفيفة الوزن وذات كثافة طاقة أعلى. أعلنت BMW مؤخرًا أن شركة Solid Power من المقرر أن توفر خلايا سيارات كاملة النطاق للاختبار في وقت لاحق من هذا العام.
قال فرانك ويبر ، عضو مجلس إدارة التطوير في BMW AG ، “تظل BMW ملتزمة بالسعي وراء بطاريات الحالة الصلبة بالكامل ، وهي تقنية نعتقد أنها تنطوي على إمكانات كبيرة للمستقبل”.
اكتشاف المزيد من مجلة الإخلاص
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
