بطاريات الحالة الصلبة هي نوع من البطاريات التي تستخدم الأقطاب الكهربائية الصلبة والكهارل، على عكس الشوارد السائلة أو هلام البوليمر المستخدمة في بطاريات الليثيوم أيون التقليدية. تتميز بكثافة طاقة أعلى وأوقات شحن أسرع وسلامة محسنة مقارنة بالبطاريات التقليدية.
هل تستخدم بطاريات الحالة الصلبة الليثيوم？
نعم، الآن تستخدم معظم بطاريات الحالة الصلبة قيد التطوير حاليًا الليثيوم كعنصر أساسي.
من المؤكد أن بطاريات الحالة الصلبة يمكن أن تستخدم مواد مختلفة مثل المنحل بالكهرباء، بما في ذلك الليثيوم. ومع ذلك، يمكن لبطاريات الحالة الصلبة أيضًا استخدام مواد أخرى مثل الصوديوم أو الكبريت أو السيراميك كمحلول كهربائي.
بشكل عام، يعتمد اختيار مادة الإلكتروليت على عوامل مختلفة مثل الأداء والسلامة والتكلفة والتوافر. تعد بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة تقنية واعدة لتخزين الطاقة من الجيل التالي نظرًا لكثافة الطاقة العالية ودورة الحياة الطويلة والسلامة المعززة.
كيف تعمل بطاريات الحالة الصلبة؟
تستخدم بطاريات الحالة الصلبة إلكتروليتًا صلبًا بدلاً من إلكتروليتًا سائلًا لنقل الأيونات بين الأقطاب الكهربائية (الأنود والكاثود) للبطارية. يتكون الإلكتروليت عادةً من مادة سيراميك أو زجاج أو بوليمر وهي مادة مستقرة كيميائيًا وموصلة.
عندما يتم شحن بطارية الحالة الصلبة، يتم سحب الإلكترونات من الكاثود ونقلها عبر المنحل بالكهرباء الصلب إلى القطب الموجب، مما يؤدي إلى تدفق التيار. عندما يتم تفريغ البطارية، يتم عكس تدفق التيار، حيث تنتقل الإلكترونات من القطب الموجب إلى القطب السالب.
تتمتع بطاريات الحالة الصلبة بالعديد من المزايا مقارنة بالبطاريات التقليدية. وهي أكثر أمانًا، لأن الإلكتروليت الصلب أقل عرضة للتسرب أو الانفجار من الإلكتروليتات السائلة. كما أنها تتمتع بكثافة طاقة أعلى، مما يعني أنها تستطيع تخزين المزيد من الطاقة في حجم أصغر.
ومع ذلك، لا تزال هناك بعض التحديات التي يجب معالجتها باستخدام بطاريات الحالة الصلبة، بما في ذلك تكاليف التصنيع المرتفعة والقدرة المحدودة. الأبحاث مستمرة لتطوير مواد إلكتروليتية صلبة أفضل وتحسين أداء وعمر بطاريات الحالة الصلبة.
كم عدد شركات بطاريات الحالة الصلبة الموجودة الآن في السوق؟
هناك العديد من الشركات التي تعمل حاليًا على تطوير بطاريات الحالة الصلبة:
1. كوانتم سكيب:شركة ناشئة تأسست عام 2010 واجتذبت استثمارات من شركة فولكس فاجن وبيل جيتس. يزعمون أنهم طوروا بطارية صلبة يمكنها زيادة مدى السيارة الكهربائية بنسبة تزيد عن 80٪.
2. تويوتا:تعمل شركة صناعة السيارات اليابانية على بطاريات الحالة الصلبة منذ عدة سنوات وتهدف إلى دخولها حيز الإنتاج بحلول أوائل عشرينيات القرن الحالي.
3. فيسكر:شركة ناشئة للسيارات الكهربائية الفاخرة تتعاون مع باحثين في جامعة كاليفورنيا لتطوير بطاريات الحالة الصلبة التي يزعمون أنها ستزيد بشكل كبير من نطاق سياراتهم.
4. بي إم دبليو:تعمل شركة صناعة السيارات الألمانية أيضًا على بطاريات الحالة الصلبة، وقد دخلت في شراكة مع شركة Solid Power، وهي شركة ناشئة مقرها كولورادو، لتطويرها.
5. سامسونج:تعمل شركة الإلكترونيات الكورية العملاقة على تطوير بطاريات الحالة الصلبة لاستخدامها في الهواتف الذكية والأجهزة الإلكترونية الأخرى.
إذا كان سيتم تطبيق بطاريات الحالة الصلبة لتخزين الطاقة الشمسية في المستقبل؟
تمتلك بطاريات الحالة الصلبة القدرة على إحداث ثورة في تخزين الطاقة لتطبيقات الطاقة الشمسية. بالمقارنة مع بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، توفر بطاريات الحالة الصلبة كثافة طاقة أعلى، وأوقات شحن أسرع، وزيادة في الأمان. ويمكن أن يؤدي استخدامها في أنظمة تخزين الطاقة الشمسية إلى تحسين الكفاءة الإجمالية، وخفض التكاليف، وجعل الطاقة المتجددة أكثر سهولة في الوصول إليها. يستمر البحث والتطوير في تكنولوجيا البطاريات ذات الحالة الصلبة، ومن الممكن أن تصبح هذه البطاريات حلاً رئيسيًا لتخزين الطاقة الشمسية في المستقبل. ولكن الآن، تم تصميم بطاريات الحالة الصلبة خصيصًا لتطبيق المركبات الكهربائية.
تعمل تويوتا على تطوير بطاريات الحالة الصلبة من خلال شركة Prime Planet Energy & Solutions Inc.، وهي مشروع مشترك مع باناسونيك بدأ عملياته في أبريل 2020 ويعمل به حوالي 5100 موظف، بما في ذلك 2400 في شركة فرعية صينية ولكن لا يزال إنتاجه محدودًا للغاية الآن ونأمل المزيد من المشاركة بحلول عام 2025 عندما يحين الوقت المناسب.
متى ستكون بطاريات الحالة الصلبة متاحة؟
لا يمكننا الوصول إلى آخر الأخبار والتحديثات المتعلقة بتوفر بطاريات الحالة الصلبة. ومع ذلك، تعمل العديد من الشركات على تطوير بطاريات الحالة الصلبة، وقد أعلن البعض أنهم يخططون لإطلاقها بحلول عام 2025 أو بعد ذلك. ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن الجدول الزمني لتوافر بطاريات الحالة الصلبة قد يختلف اعتمادًا على عوامل مختلفة، مثل التحديات التكنولوجية والموافقة التنظيمية.
وقت النشر: 03 يونيو 2023