إذا كانت بطاريات الليثيوم أيون الحالية تلبي العديد من احتياجات التنقل ، فهي بعيدة عن الكمال. سوف تتحسن كثافة الطاقة الخاصة بهم ، ويمكن أن تختفي خطر الحريق مع البطاريات الصلبة. دعونا نتقيد هذه التكنولوجيا الثورية المحتملة.
في السنوات الأخيرة ، سمعنا كثيرًا عن البطاريات الصلبة ، والثورة المحتملة التي يجلبونها إلى عالم السيارات الكهربائية. في عام 2022 ، أين نحن على تطور هذه الخلايا الثورية؟ هل هناك بالفعل سيارات تستفيد من هذه التكنولوجيا؟
سنقوم بتقييم هذا الملف على ما يمكن معرفته حول البطاريات الصلبة ، والاختلافات التي توجد بها البطاريات المستخدمة حاليًا ، وآفاق التطور في المستقبل. ماذا لو كان مستقبل السيارات الكهربائية مرتبطًا بالفعل بمستقبل البطاريات الصلبة؟
البطاريات الصلبة ، ما الاختلافات مع بطاريات اليوم؟
في الغالبية العظمى من السيارات الكهربائية اليوم ، يتم استخدام بطاريات الليثيوم أيون. مبدأ التشغيل هو كما يلي: تتكون بطارية الليثيوم أيون من قطبين ، وأنود (المحطة الإيجابية) والكاثود (المحطة السلبية) في محلول كهربائي. يقع فاصل بين الأنود والكاثود ، بحيث لا يوجد اتصال بين الاثنين.
مبدأ البطاريات الصلبة يختلف اختلافًا جذريًا ، مع الإلكتروليت الذي لم يعد سائلًا ، ولكن - سوف تخمنها - صلبة. الصورة أعلاه التي توفرها Samsung توضح المبدأ. يلعب المنحل بالكهرباء الصلبة للبطارية الصلبة (يمين الصورة) دور فاصل ، والذي يتيح لك عدم استخدام مكونات إضافية لفصل الأنود عن الكاثود.
في السيارة الكهربائية ، تتكون حزمة البطارية من مئات ، أو حتى الآلاف من الخلايا ، كل منها يتكون من الأنود ، والكاثود ، ومحلول كهربائي ، وفاصل. من أجل نقل الطاقة إلى المحرك ، وبالتالي تقدم السيارة ، تنتقل الأيونات من الأنود إلى الكاثود من خلال المحلول الكهربائي ، وبالتالي إنتاج الكهرباء.
مع بطارية صلبة ، ستكون الأساس متشابهة ، باستثناء أن إزاحة الأيونات لن يتم من خلال الإلكتروليت السائل ، ولكن من خلال مركب غير عضوي صلب. تتيح لك كل هذه النظرية على البطاريات الصلبة بالفعل إلقاء نظرة على المزايا التي ستكون فيما يتعلق ببطاريات الليثيوم أيون التقليدية ، وهذا ما سنفحصه أدناه.
مزايا البطاريات الصلبة
تحتوي بطاريات الليثيوم أيون اليوم على بعض النقاط السلبية التي لا تذكر. من بين الأهم من ذلك ، نجد الجوانب الأمنية وخاصة خطر الحريق. في الواقع ، بسبب الاحماء للمحلول الكهربائي عند تحميل الخلايا وتفريغها من بطارية ليثيوم أيون ، يمكن أن تحدث الحرائق. هذا هو السبب في تنفيذ العديد من آليات السلامة داخل حزم البطارية ، لكن كل ذلك يتطلب مكانًا ثمينًا.
مع البطاريات الصلبة ، لم يعد هناك أي حاجة لحجز مساحة كبيرة لآليات الوقاية من الحرائق. إن استقرار المنحل بالكهرباء الصلبة أعلى بكثير من محلول التحلل ، والمكاسب المحتملة في الحجم والتي سيتم السماح بها بفضل البطاريات الصلبة تحمل الأمل في عالم السيارات الكهربائية.
يتمثل التحدي الحالي في السيارات الكهربائية في إمكانية الوصول إلى الحكم الذاتي مما يمكن مقارنته بما هو موجود في المركبات الحرارية المكافئة (حتى لو اعتقد إيلون موسك أن هذا ليس ضروريًا) ، ويبدو أن هذا يتعرض للخطر مع بطاريات ليثيوم أيون الحالية. ومع ذلك ، في المستقبل إلى حد ما في المستقبل ، يجب أن تسمح البطاريات الصلبة للسيارات الكهربائية بالحصول على الحكم الذاتي ، لأن كثافة الطاقة الخاصة بها أعلى بكثير.
عدم وجود خطر من الانفجار أو الاحتراق ، يمكن تجميع خلايا البطاريات الصلبة أكثر إحكاما بكثير من خلايا بطاريات الليثيوم أيون ، كما يشير التوضيح السابق. ستكون البطاريات الصلبة مثالية للسيارات الكهربائية: في نفس الحجم ونفس الوزن ، سيكون من الممكن زيادة عدد الخلايا بشكل كبير ، وبالتالي سعة حزمة البطارية.
معهد سامسونج للتكنولوجياقدمت نتائج مشجعة في مارس 2020فيما يتعلق ببطارية قادرة على تصفح 800 كم والتي يمكن تحميلها وتفريغها 1000 مرة ، والتي تشغل نصف حجم بطارية ليثيوم أيون مع خصائص مكافئة. ستكون ثورة حقيقية ويمكننا أن نتخيلالتجاويف الحضرية الكهربائية التي تتجاوز ذلك من سيارات السيدان الأكثر دائمة.
الشركات المصنعة تعمل على ذلك
بالإضافة إلى الأبحاث المختبرية التي تستمر ، وضع العديد من الشركات المصنعة بالفعل أنفسهم على بطاريات صلبة ، ودمجوا هذه التكنولوجيا في تطوير نماذجهم المستقبلية.أعلنت نيسان مؤخرًا عن بداية مصنع لتصنيع النماذج الأولية للبطارية الصلبة، من أجل إطلاق مركبة مزودة بهذه الخلايا قبل نهاية العقد الحالي.
المجموعة اليابانية أبعد ما تكون عن المجموعة الوحيدة التي تستكشف مسار البطاريات الصلبة في المرحلة المتقدمة ، حيث تبدو التكنولوجيا واعدة.فولكس واجناستثمرت في البحث عن تطبيقات البطاريات الصلبة في نطاقها المستقبلي من السيارات الكهربائية ، مثل فورد أو BMW أو Stellantis. في الوقت الحالي ، تقتصر آثارها على مساهمة مالية مخصصة للعديد من الشركات الناشئة في القطاع ، مثلQuantumScapeالذي يعد بأن يكون قادرًا على تقديم بطاريات صلبة تلبي جميع توقعات العمالقة في هذا القطاع.ومع ذلك ، فإن فورد وبي إم دبليو تريد اختبار البطاريات الصلبة هذا العام.
يرى جميع اللاعبين في السوق المهتمين بالبطاريات الصلبة أن هذا الاستجابة لغالبية القضايا الحالية للسيارات الكهربائية. سيضمن تحسين كثافة الطاقة إمكانات بطارية أكبر بكثير ، وستكون السلامة أفضل بكثير. بالإضافة إلى،ستلبي قدرات الحمل السريع الاحتياجات المستقبلية ، مع حمولة تتراوح من 10 إلى 80 ٪ تتطلب أقل من 15 دقيقة، مع ضمان طول العمر الأفضل للخلايا مقارنة بالمعايير الحالية.
بطاريات إنقاذ شبه صلبة؟
إذا كانت البطاريات الصلبة لا تبدو جاهزة بعد لإنتاجها الضخم ، فإن الأفكار المبدعة الجديدة تخرج بالفعل من مصانع بعض الشركات المصنعة ، مثل فولكس واجن أو NIO على وجه الخصوص: البطاريات شبه الصلبة. هذه هي البطاريات التي تقترب من ليثيوم أيون حسب تصميمها (المنحل بالكهرباء سائل دائمًا) ، ولكنه لا يستخدم المجلدات ، مما يجعل من الممكن تقديم كثافة طاقة أفضل بكثير.
يبدو أن الشركة المصنعة الصينية NIO قد اتخذت خطوة إلى الأمام على اللاعبين الآخرين ، مع مشروع بطارية شبه صلبة لتزويد Sound ET7 بحزمة 150 كيلو واط في الساعة ، مما يضمن السفر أكثر من 1000 كم في حمولة واحدة. وفقا لآخر المعلومات ، إنتاجNIO ET7سيتم تحديد موعدها في نهاية عام 2022 ، مما يجعل أول بطاريات داخلية صحية قياسية.
لدى Gital Gition Gition High Tech الصينيةتم الإعلان مؤخرًا عن تمكنك من تثبيت حزمة 160 كيلو واط ساعة في سيارة بحلول عام 2023، مما يجعل من الممكن الوصول إلى 1000 كيلومتر من الحكم الذاتي ، ثم يقترب من كأس السيارة الكهربائية من حيث نصف قطر الحركة.
ما هو مفقود اليوم لتجهيز المركبات
بصرف النظر عن NIO ET7 التي يجب أن ترى ضوء النهار قريبًا ، لا يبدو وصول البطاريات الصلبة في الإنتاج الضخم للسيارات الكهربائية في الوقت الحالي. في الواقع ، إذا كان العديد من الشركات المصنعة مهتمة بشكل وثيق بهذه التكنولوجيا ، فكلهم يتفقون على أنها ليست جاهزة لتنفيذها اليوم.
تظهر الأبحاث أن هناك الكثير من الإمكانات لصنع بطاريات صلبة ، والثورة التالية في قلب السيارات الكهربائية في الغد ، ولكن تطورها لجعله منتجًا قابلاً للحياة اقتصاديًا لا يزال يتعين القيام به.
في منتصف عام 2022 ، من أغلى ثمناً إنتاج بطارية قوية من السعة المكافئة لبطارية ليثيوم أيون ، مما يفسر أنه لا يمكن للمصنعين استخدامها حتى الآن. سواء كان ذلك لتوطيد الإلكتروليت أو لتصنيع خلايا البطارية الصلبة ، لا يزال يتعين تطوير عمليات التصنيع.
وبالتالي ، إذا كان التقدم الذي تسمح به البطاريات الصلبة جذابة على الورق وسيتيح تصحيح بعض النقاط السلبية للسيارات الكهربائية اليوم. إنها ليست ثورة يجب أن تصل قبل نهاية العقد الحالي ، حيث لا يزال استغلال بطاريات الليثيوم أيون أقل تكلفة ومربحًا بالفعل.
آفاق المستقبل
للاقتراب أخيرًا منسيارة كهربائية مثاليةومع ذلك ، تبدو البطاريات الصلبة خطوة ضرورية. لم نعد نحسب إعلاناتالتقاطات الكهربائيةعلى وجه الخصوص ، والتي ستستفيد بشكل كبير من مزايا البطاريات الصلبة ، لأنها ستحتاج إلى قدرات بطارية كبيرة.
بين الحكم الذاتي الكبير وسرعات إعادة الشحن التي تتجاوز بسهولة تلك التي نعرفها اليوم (نتحدث عن أكثر من 300 كيلو وات من الطاقة القصوى للبطاريات الصلبة) ، يمكن أن يسمح استبدال بطاريات الليثيوم أيون بالتردد الأخير عند نقله إلى الكهرباء مقتنع. حتى لولا يحتاج سائق Lambda بالضرورة إلى استقلالية حوالي 1000 كم كما يقول Elon Musk.
بالإضافة إلى ذلك ، بحلول عام 2030 ، تدعي دراسات نيسان ذلكستكون تكلفة ساعة كيلووات التي تم إنتاجها باستخدام بطاريات صلبة منخفضة لدرجة أنها ستسمح للسيارات الكهربائية بأن تكون بنفس مستوى السعر مثل ما يعادلها الحراري، وهو بالطبع لا يزال غير هو الحال اليوم.
ومع ذلك ، يمكن أن تصل الوثب التكنولوجي الذي طال انتظاره مع الأنود الليثيوم المعدني في بطاريات صلبة ، ويخطط له أن ينضج بحلول نهاية العقد الحالي. وفقًا لأحدث التقارير حول هذا الموضوع ، يمكننا تحسين كثافة الطاقة بنسبة 40 ٪ مع هذا الأنود في بطارية صلبة ، مقارنةً بأنود السيليكون الفغر ، والذي يستخدم حاليًا في النماذج الأولية للبطاريات الصلبة. ومع ذلك ، يجب تخفيف الآمال ، لأن الإسقاطات على أنود الليثيوم المعدني لا توفر توفر الكتلة: عد فقط 70،000 مركبة مزودة ببطارية صلبة مع أنود ليثيوم المعدن بحلول عام 2030 في أفضل الحالات ،سيلون مقاعد البندشيمارك الذكاء المعدني.
هل تريد الانضمام إلى مجتمع من المتحمسين؟خلافنامرحبًا بكم ، إنه مكان للمساعدة المتبادلة والعاطفة حول التكنولوجيا.
