ظهرت بطاريات الحالة الصلبة كحل واعد لمعالجة قيود بطاريات الليثيوم أيون الحالية المستخدمة في السيارات الكهربائية (EVs). توفر هذه البطاريات المتقدمة ، التي تم تسليط الضوء عليها في دراسة نشرت في Nature Communications ، مجموعة من المزايا بما في ذلك كثافة طاقة أعلى ، وسلامة معززة ، وأوقات شحن أسرع محتملة.
وصلت بطاريات الليثيوم أيون ، المستخدمة على نطاق واسع في المركبات الكهربائية لنسبة الطاقة إلى الوزن اللائقة ومرونة الشحن ، إلى حدودها من حيث كثافة الطاقة والسلامة بسبب طبيعتها القابلة للاشتعال. في المقابل ، تستخدم بطاريات الحالة الصلبة إلكتروليتات صلبة بدلا من الشوارد السائلة القابلة للاشتعال ، مما يقلل بشكل كبير من مخاطر الحرائق ويمكنها من تحمل تقلبات درجات الحرارة الأكبر.
تتمثل إحدى الفوائد الرئيسية لبطاريات الحالة الصلبة في كثافة الطاقة العالية ، مما يعني أنها تستطيع تخزين المزيد من الطاقة فيما يتعلق بوزنها وحجمها. يمكن أن تؤدي كثافة الطاقة المتزايدة هذه إلى زيادة نطاق السيارات الكهربائية إلى أقصى حد ، مما يسمح برحلات أطول دون الحاجة إلى إعادة الشحن بشكل متكرر.
تعد السلامة المحسنة ميزة رئيسية أخرى لبطاريات الحالة الصلبة. من خلال القضاء على المنحل بالكهرباء السائل القابل للاشتعال ، يتم تقليل مخاطر الحوادث والحرائق بشكل كبير. وهذا يجعل بطاريات الحالة الصلبة خيارا أكثر أمانا للسيارات الكهربائية ، مما يعالج مصدر قلق كبير للمستهلكين.
سرعة الشحن هي مجال آخر تتفوق فيه بطاريات الحالة الصلبة. يعمل الباحثون بنشاط لتحسين كفاءة شحن هذه البطاريات ، مما قد يقلل من الوقت اللازم لشحن المركبات الكهربائية والأجهزة الإلكترونية الأخرى. من شأن أوقات الشحن الأسرع أن تعزز بشكل كبير راحة السيارات الكهربائية وعمليتها ، مما يجعلها أكثر جاذبية للمستهلكين.
بالإضافة إلى فوائد الأداء ، تساهم بطاريات الحالة الصلبة أيضا في جانب الاستدامة للسيارات الكهربائية. هذه البطاريات أسهل في إعادة التدوير مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون ، مما يوفر حلا أكثر صداقة للبيئة للعدد المتزايد من المركبات الكهربائية على الطريق.
ومع ذلك ، تواجه بطاريات الحالة الصلبة بعض التحديات. التكلفة الحالية لتصنيع هذه البطاريات مرتفعة نسبيا ، مما يحد من استخدامها للتطبيقات الصغيرة مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب. بالإضافة إلى ذلك ، يشكل تكوين تغصنات الليثيوم مصدر قلق للسلامة ، حيث يمكن أن تتسبب هذه الهياكل الشبيهة بالإبرة في حدوث ماس كهربائي في البطارية. تقدم الدراسة المذكورة في المقالة رؤى جديدة حول منع تكوين التغصنات ، ومعالجة مشكلة السلامة هذه.
يمثل نقل الشحنات الكهربائية عبر المواد الصلبة ، كما تتطلبه بطاريات الحالة الصلبة ، تحديا تقنيا يجب التغلب عليه حتى تصل هذه البطاريات إلى إمكاناتها الكاملة.
على الرغم من هذه التحديات ، يعمل المصنعون بنشاط على تطوير سيارات كهربائية مجهزة ببطاريات الحالة الصلبة. حتى أن بعض الشركات تتوقع طرح هذه المركبات في السوق في وقت مبكر من عام 2024. مع زيادة الإنتاج ، من المتوقع أن تنخفض تكلفة بطاريات الحالة الصلبة ، مما يجعلها خيارا قابلا للتطبيق للجيل القادم من السيارات الكهربائية.
في الختام ، تتمتع بطاريات الحالة الصلبة بالقدرة على التغلب على قيود بطاريات الليثيوم أيون الحالية ، مما يجعلها مستقبل السيارات الكهربائية. مع ارتفاع كثافة الطاقة ، وتحسين السلامة ، وربما أوقات الشحن الأسرع ، يمكن لهذه البطاريات أن تؤدي إلى اعتماد واسع النطاق للسيارات الكهربائية. ومع ذلك ، فإن مواجهة التحديات المرتبطة بتحويل التكلفة والرسوم أمر بالغ الأهمية. تمثل نتائج الدراسة التي أجراها دانيال ريتينفاندر وفريقه خطوة مهمة نحو تحقيق هذا الهدف.
[التعاريف]
– بطاريات الحالة الصلبة: تستخدم هذه البطاريات إلكتروليتات صلبة بدلا من الإلكتروليتات السائلة القابلة للاشتعال ، مما يوفر كثافة طاقة أعلى وأمانا محسنا وشحنا أسرع محتملا.
– بطاريات الليثيوم أيون: البطاريات الحالية شائعة الاستخدام في السيارات الكهربائية ، والمعروفة بنسبة الطاقة إلى الوزن اللائقة ومرونة الشحن.
– كثافة الطاقة: كمية الطاقة المخزنة في حجم أو وزن معين.
– قابل للاشتعال: قادر بسهولة على اشتعال النيران.
– تكوين الزوائد الشجيرية: نمو هياكل تشبه الإبرة تسمى تغصنات الليثيوم ، والتي يمكن أن تسبب ماس كهربائي في البطاريات.
– نقل الشحنة: عملية نقل الشحنات الكهربائية من مادة أو مكون إلى آخر.
[مصادر]
– دانيال ريتينفاندر وآخرون ، Nature Communications
– الصورة: Unsplash
