بطاريات الحالة الصلبة تشق طريقها أخيراً خارج المختبر

نحن الآن في عام 2030، وقد اشتريت للتو سيارتك الكهربائية الأولى. لقد اتخذت هذه الخطوة بسبب بطارية السيارة ذات الحالة الصلبة - نفس النوع من البطاريات عالية الطاقة والآمنة للغاية والتي تعمل أيضًا على تشغيل هاتفك الذكي والأجهزة التقنية الأخرى. سوف ينضم إليك الملايين من السائقين قريبًا، منجذبين إلى مدى أفضل، ومخاطر حرائق أقل، وتكلفة أقل.

بطاريات الحالة الصلبة

لقد غيّر اكتشاف الكهرباء العالم، وأدى إلى ولادة اختراعات جعلت حياتنا أكثر أمانًا وصحة وإنتاجية ومتعة. وقد نقلت البطاريات هذا الاكتشاف إلى المستوى التالي، حيث أعطتنا طريقة لتخزين الكهرباء واستخدامها لتشغيل الأجهزة المحمولة.

اليوم، تهيمن بطاريات الليثيوم أيون على سوق البطاريات، ولكن البطاريات الصلبة الأكثر أمانًا وأعلى سعة يمكن أن تمد عالم الغد بالطاقة - وربما تساعدنا حتى في إنقاذنا من أسوأ التأثيرات المحتملة لتغير المناخ.

إلى أين يتجه الأمر (غالباً)

على مدى المائتي عام الماضية، ابتكر العلماء باستمرار في مجال البطاريات من خلال بنائها باستخدام مواد مختلفة، لكن التصميم الأساسي لم يتغير كثيرًا منذ أول بطارية في عام 1799. لديك أنود مصنوع من مادة واحدة، وكاثود مصنوع من مادة أُخرى، وإلكتروليت سائل (أو شبه سائل).

البدء صغيراً

إن بعض البطاريات الصغيرة ذات الحالة الصلبة تُستخدم بالفعل في بعض الساعات والساعات اليدوية والغرسات الطبية، ولكن الاختراق الجديد الذي حققته شركة تصنيع الإلكترونيات TDK على وشك أن يعزز هذا الاتجاه.

في يونيو/حزيران، أعلنت الشركة أنها طورت نسخة جديدة من بطارية الحالة الصلبة CeraCharge التي تتمتع بكثافة طاقة تبلغ 1000 واط/ساعة لكل لتر - أي ما يزيد 100 مرة عن بطارية CeraCharge الحالية.

ولم تشارك شركة TDK الكثير عن التكنولوجيا الخاصة المستخدمة في تصنيع البطارية، لكنها كشفت أنها تتميز بأنود من سبيكة الليثيوم وإلكتروليت صلب قائم على أكسيد يجعلها "آمنة للغاية".

ولأن بطارية CeraCharge الجديدة يمكنها أن تحمل طاقة أكبر بكثير من سابقتها، فقد تؤدي إلى أجهزة أطول عمرًا و/أو أصغر حجمًا. كما يمكن أن تكون بديلاً قابلاً لإعادة الشحن لبطاريات الخلايا المعدنية (المعروفة أيضًا باسم "بطاريات الساعات")، والتي تتمتع بكثافة طاقة عالية ولكنها تستخدم لمرة واحدة.

وقال هيروشي ساتو، رئيس قسم تطوير وحدات الطاقة في شركة TDK، لـ Freethink: "نعتقد أنه من خلال استبدال الكمية الهائلة من البطاريات الأولية ... بالبطاريات الثانوية، يمكننا المساهمة في تقليل التأثير البيئي".

بداية الطريق

إن بطاريات الليثيوم أيون المستخدمة في أغلب المركبات الكهربائية اليوم أرخص بكثير وأكثر قوة مما كانت متاحة قبل بضعة عقود فقط، ولكن عيوبها تبطئ التحول بعيدًا عن محركات الاحتراق الداخلي.

يتردد بعض الناس في شراء سيارة تستغرق ساعات لشحنها وقد لا يكون لديها ما يكفي من الطاقة لقطع مسافات طويلة. إن احتمالية اشتعال البطارية لا تساعد.

لطالما اعتُبرت البطاريات ذات الحالة الصلبة بديلاً أفضل للسيارات الكهربائية، لكننا لم نرَ بعد سيارة كهربائية مزودة ببطارية تصل إلى خط التجميع. وقد يتغير هذا في المستقبل القريب حيث تستثمر شركات صناعة السيارات الكبرى في جميع أنحاء العالم بكثافة في هذه التكنولوجيا.

في عام 2023، أعلنت تويوتا أنها تعمل مع شركة الطاقة اليابانية Idemitsu Kosan لبدء تصنيع بطاريات السيارات الكهربائية ذات الحالة الصلبة بحلول عام 2027-2028، مع الإنتاج الضخم بعد ذلك.

قال كوجي ساتو، رئيس شركة تويوتا موتور كوربوريشن والرئيس التنفيذي لها: "من خلال التجربة والخطأ المتكرر ومن خلال الجمع بين تقنيات المواد في كلتا الشركتين، تمكنا من تطوير مادة مقاومة للتشقق تُظهر أداءً عاليًا".

دعم الشبكة

في حين أن الطاقة الشمسية وطاقة الرياح مصادر رخيصة ووفيرة للطاقة، إلا أنها متغيرة أيضًا. ولتوضيح ذلك، تخزن بعض محطات الطاقة الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح الزائدة في أنظمة تخزين طاقة البطاريات (BESS) لاستخدامها عندما لا تكون الشمس مشرقة أو لا تهب الرياح.

تعد بطاريات الليثيوم أيون حاليًا هي المعيار لـ BESS، ولكن البطاريات ذات الحالة الصلبة قد تكون خيارًا أفضل نظرًا لزيادة سلامتها وعمرها الأطول وكثافة الطاقة الأعلى. أولاً، ومع ذلك، نحتاج إلى معالجة قضايا التكلفة والتصنيع المعقد للبطاريات بهذا الحجم.

تعد شركة Dragonfly Energy واحدة من الشركات التي تحاول القيام بذلك. في عام 2023، حصلت على براءة اختراع لتقنية تصنيع تقول إنها ستساعدها في التغلب على تحدي تصنيع بطاريات الحالة الصلبة لتخزين الشبكة.

تقول Dragonfly: "تزيل هذه التقنية الحاجة إلى غرف تجفيف كبيرة، وتحل محل الأساليب التي تتطلب قدرًا كبيرًا من الوقت والآلات الثقيلة باهظة الثمن؛ مما يجعل العملية قابلة للتطوير بدرجة كبيرة ضمن مساحة أصغر، ويسمح بزيادة الإنتاج في إطار زمني أقل وبتكلفة أقل".

ما دام هذا الابتكار مستمرًا، فيبدو أننا مقدرون لمستقبل حيث تساعد البطاريات الصلبة المصنوعة من مجموعة متنوعة من المواد في جعل أجهزتنا التقنية تدوم لفترة أطول، ومركباتنا الكهربائية تسير لمسافات أطول، وشبكاتنا الكهربائية أنظف وأكثر استقرارًا.

تم نشر هذه المقالة في الأصل بواسطة موقعنا الشقيق Freethink.

المصدر: bigthink.com