بطاريات الحالة الصلبة تمهد الطريق لسيارات كهربائية أكثر أمانًا وأفضل قريبًا

تستخدم السيارات الكهربائية اليوم بطاريات ليثيوم أيون كبيرة تعمل بشكل جيد، يمكنهم تخزين كمية عالية إلى حد ما من الطاقة بالنسبة لوزنهم، كما أنها لا تحتاج إلى تفريغ شحنتها تمامًا في كل مرة قبل إعادة شحنها، لذلك يمكنك عادةً شحن السيارة عندما يناسبك دون التفكير كثيرًا فيما إذا كنت تتلف البطارية أم لا.

لكن هذه البطاريات لا تزال تفتقر إلى كثافة طاقة كافية للتطبيقات الناشئة والمركبات الكهربائية، أنها غير مستقرة وقابلة للاشتعال، لذلك ربما لا يكون من المستغرب أن يتم البحث عن بدائل.

يقول دانيال ريتنواندر، الأستاذ في قسم علوم وهندسة المواد في NTNU”يمكن أن تكون بطاريات الحالة الصلبة مستقبل السيارات الكهربائية في المستقبل”.

ريتنواندرهو جزء من فريق بحث يدرس كيف يمكن شحن بطاريات الحالة الصلبة بشكل أسرع بكثير مما هو ممكن حاليًا، وجعلها أكثر أمانًا وأسهل في إعادة التدوير، نُشر بحثهم في مجلة Nature Communications ، تعاون الباحثون في النرويج مع زملائهم في النمسا وألمانيا والولايات المتحدة.

قد تكون النتائج مهمة كجزء من العمل لجعل المزيد من الناس يستخدمون بطاريات الحالة الصلبة ربما كتقنية ستكون في مرحلة ما جاهزة للتسويق.

مزايا بطاريات الحالة الصلبة

تتمتع بطاريات الحالة الصلبة بالعديد من المزايا مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون، يمكن أن يكون لديهم جهد أعلى وقدرة طاقة أعلى لتخزين الطاقة فيما يتعلق بوزنها وحجمها.

تُستخدم هذه الأنواع من البطاريات اليوم في أجهزة تنظيم ضربات القلب والأجهزة الإلكترونية المحمولة، حيث من المهم بشكل خاص أن تكون البطاريات صغيرة الحجم، كما أن صنع البطاريات الصغيرة أسهل – ولهذا السبب لا تتوفر بطاريات الحالة الصلبة إلا على نطاق تجاري صغير، ستكون تكاليف إنتاج البطاريات الأكبر مرتفعة للغاية لأن تصنيعها باهظ التكلفة.

يمكن أيضًا أن تكون بطاريات الحالة الصلبة أكثر أمانًا من بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، من بين الخصائص الأخرى، أنها تتحمل تقلبات درجة حرارة أكبر بكثير من بطاريات الليثيوم أيون، هذا لطيف بشكل خاص في صباح الشتاء البارد في المرآب أو في الرحلات الطويلة.

بالإضافة إلى ذلك، تكون بطاريات الحالة الصلبة أقل قابلية للاشتعال من بطاريات الليثيوم أيون لأنها لا تحتوي على إلكتروليت سائل، هذه الإلكتروليتات هي مواد مشحونة تستخدم لتوصيل الكهرباء،كما يوحي اسمها، تستخدم بطاريات الحالة الصلبة مواد صلبة بدلاً من الشوارد السائلة الأكثر شيوعًا.

أسرع في إعادة الشحن

لكن بطاريات الحالة الصلبة يمكن أن تكون أسرع في الشحن، مما هي عليه اليوم، أحد التحديات التي يجب التغلب عليها هو أن استخدام المواد الصلبة أكثر صعوبة من السوائل لنقل الشحنات الكهربائية.

يقول فلوريان فلاتشر، حاصل على درجة الدكتوراه من جامعة Graz للتكنولوجيا: “لقد درسنا كيف يمكننا شحن بطاريات الحالة الصلبة بشكل أكثر كفاءة عند تيار أعلى بكثير، مما يقلل من وقت الشحن لأي جهاز إلكتروني أو EV باستخدام هذه البطاريات”.

آلية الشحن معقدة للغاية بالنسبة لمعظمنا لفهمها، لكن يمكن أن تساهم نتائج البحث أيضًا في تسهيل إعادة تدوير بطاريات الحالة الصلبة.

يمكن أن يكون أكثر أمانًا

يعرف الباحثون أيضًا المزيد عن سبب تعطل بطاريات الحالة الصلبة، وغني عن القول أن هذا مهم، كما يقول ريتنواندر “تستخدم بطاريات الحالة الصلبة الليثيوم أيضًا، ونرى أن نشاط الليثيوم يمكن أن يلعب دورًا مهمًا عندما تتوقف بطاريات الحالة الصلبة عن العمل”.

هذه رؤية جديدة تمامًا، وهي خطوة على طريق فهم الآليات الكامنة وراء ما يسمى “التشعبات”، هذه تشكل مشكلة في بطاريات الحالة الصلبة في هذا السياق، التشعبات عبارة عن جسيمات ليثيوم خاصة يمكن أن تتشكل عن طريق التآكل والضغط الميكانيكي، يمكن لجسيمات الليثيوم هذه بدورها أن تكون موصلات ماس كهربائى.

يقول فلاتشر: “نحن نعرف الآن المزيد عن كيفية منع هذه التشعبات من التكون، وهذه ميزة حقيقية للسلامة”.

تعد بطاريات الحالة الصلبة أكثر تكلفة من بطاريات الليثيوم، ولكن هذا قد يتغير عندما يتم إنتاجها بكميات كبيرة، أعلن عدد من الشركات المصنعة أنهم يطورون سيارات مزودة ببطاريات صلبة، قد يتم طرح الأولى في السوق في وقت مبكر من عام 2024.