بطاريات الحالة الصلبة وشبه الصلبة.. مستقبل السيارات الكهربائية

المربع نت – كحال كل الأجهزة الإلكترونية، البطاريات هي عصب الحياة بالنسبة لـ السيارات الكهربائية، ومع تزايد مبيعات السيارات الكهربائية، تتزايد توقعات المستخدمين لما هو قادم، وتتراوح هذه التوقعات بين مدى قيادة أطول، وأوقات شحن أقصر.

بطاريات الحالة الصلبة وشبه الصلبة

وفي هذا السياق، تبرز تقنية ثورية جديدة لتصنيع البطاريات من شأنها أن تلبي كل هذه الطموحات، ألا وهي تقنية البطاريات ذات الحالة الصلبة (Solid State Batteries).

البطارية التقليدية \ Lithium ion

دعونا أولاً نستكشف طريقة عمل البطارية التقليدية والتي تسمى بطارية الليثيوم أيون (Lithium-Ion Battery)، وهي النوع الأكثر شيوعاً حالياً.

 التيار الكهربائي هو عبارة عن حركة الإلكترونات، وفي هذه الحالة هو عبارة عن حركة أيونات الليثيوم، تتكون البطارية من عمودين من المعدن، أحدهما موجب والآخر سالب، وتتحرك الأيونات بينهما في محلول سائل يسمى الإلكترولايت، وبرغم النجاح الطويل لهذه التقنية، إلا أنها تعاني من بعض القيود مثل وقت الشحن الطويل، قابلية اشتعال محلول الإلكترولايت، وكثافة الطاقة المحدودة.

اقرأ أيضاً: طريقة تركيب الداش كام

الاحتياج لتقنية بطاريات جديدة

وهنا يبرز دور البطاريات ذات الحالة الصلبة، حيث إنها تستخدم الإلكترو لايت الصلب بدلاً من السائل، بالإضافة لبعض التغييرات الأخرى التي تسمح لها بتقديم العديد من المزايا التي تتفوق بها على البطاريات التقليدية، بما في ذلك:

• كثافة طاقة تصل إلى 300 ضعف البطاريات التقليدية.
• انخفاض ملحوظ في سرعة الشحن حيث تستطيع السيارة الوصول من 10% إلى 80% بـ 10 دقائق فقط.
• وزن البطاريات أقل بنحو 30% عن مثيلاتها التقليدية، كما أنها أصغر بالحجم.
• مدى قيادة أكبر بفضل كثافة الطاقة الأكبر.
• الإلكترولايت الصلب غير قابل للاشتعال عكس نظيره السائل.

وتعد تويوتا من أكبر الداعمين لهذه التقنية، حيث إنها أعلنت أن الدفعة الأولى من هذه البطاريات ستقدم مدى قيادة يصل إلى 820 كم، في حين أن الدفعة الثانية ستكسر حاجز الألف كم.

عوائق تقنية البطاريات الصلبة

ومن المؤكد عزيزي القارئ أنك تتساءل الآن عن سبب تأخر ظهور هذه التقنية العظيمة التي من شأنها تغيير نظرتنا للسيارات الكهربائية، وربما تمحي كل نقاط ضعفها.

وللأسف السبب هو أن بطاريات الحالة الصلبة كما لها الكثير من المميزات، فلا يزال لها أيضاً بعض العيوب مثل:

• مشاكل الاعتمادية بالظروف الجوية القاسية “خصوصاً البرودة الشديدة” حيث تؤثر على خواص المعدن.
• الإلكترولايت الصلب قد يفقد خواصه بعد فترة بسبب التيار العالي.
• ارتفاع تكلفة تصنيعها حالياً، رغم أنها قد تكون أرخص من البطاريات التقليدية لاحقاً.

هذه المشاكل هي بمثابة إصابة وتر أكيليس للسيارات الكهربائية، وعلى الأغلب هذا ما أرغم تويوتا على إلغاء الإعلان عن هذه التقنية بالعام القادم 2025. ولكن لا يزال هناك أمل حيث تشير التسريبات أن تويوتا قد حسنت هذه العيوب، بل وقد تكون حلتها بشكل كامل، ومن المتوقع أن يتم إطلاقها سنة 2027، حيث تتوقع تويوتا أن تبيع 3.5 مليون سيارة كهربائية بحلول 2030.

الحل الوسط

ولكن، تبرز الآن كحل وسط تقنية تسمى بالبطاريات شبه الصلبة (Semi-Solid-State Batteries)، وتتميز هذه التقنية بشكل أساسي أنها تجمع بين سهولة تصنيع بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، وبعضاً من مزايا بطاريات الحالة الصلبة.

ففي حين أن بطاريات الليثيوم أيون والحالة الصلبة تستخدمان الإلكترولايت السائل والصلب، تستخدم البطاريات شبه الصلبة مادة تحتوي على كمية قليلة من السائل تشبه الجل للإلكترولايت. مما يحسن حركة الأيونات، مع الحفاظ على بعض خصائص السلامة التي تتميز بها بطاريات الحالة الصلبة.

وختاماً لما سردت لك عزيز القارئ، بطاريات الحالة الصلبة وشبه الصلبة ينظر لهما على أنهما الحل الأمثل لمستقبل الأجهزة العاملة بالبطاريات، وليس السيارات فقط، وبغض النظر عن العقبات والتحديات التي تواجه هذه التقنية، فمن المؤكد أنها بالبحث والتطوير اللازمين، سوف ترى النور عاجلاً أم آجلاً

 هل تؤمن بأن التحول الكهربائي هو الحل مع استخدام هذه التقنيات؟ أم هل ترى أن المستقبل لتقنيات أخرى مثل الوقود العضوي والهيدروجين؟

المصادر

موقع تويوتا