ما هي بطارية الليثيوم الحالة الصلبة؟

يوجد سائل داخل هاتفك وجهاز الكمبيوتر الخاص بك وجهازك مركبة كهربائية (إي في). وذلك لأن جميع الأجهزة الإلكترونية القابلة لإعادة الشحن تقريبًا تستخدم بطاريات الليثيوم أيون، والتي تعتمد على الشوارد السائلة.

لكن هذا على وشك التغيير.

"على الرغم من أن بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة قد تم تطويرها منذ أكثر من 30 عامًا، إلا أن استخدامها التجاري بدأ للتو يقول فينس كايتو، نائب رئيس المنتج: "بفضل المواد الجديدة التي تجعلها قابلة للتطبيق تجاريًا". التنمية في قوة يوشينو. "تتصدر الحالة الصلبة عناوين الأخبار بشكل خاص حيث يقوم مصنعو السيارات بتطويرها للجيل القادم من السيارات الكهربائية."

ما هي بطارية الليثيوم ذات الحالة الصلبة؟

ببساطة، تستخدم بطارية الليثيوم ذات الحالة الصلبة إلكتروليتًا صلبًا بدلاً من المنحل بالكهرباء السائل.

يقول غابرييل آدامز، الطالب في جامعة ولاية أريزونا الذي يبحث في التكنولوجيا الجديدة في جامعة ولاية أريزونا: "تحتوي جميع البطاريات على ثلاثة مكونات رئيسية: الأنود والكاثود والكهارل". مختبر رولستون.

"توجد بطاريات الليثيوم غير الصلبة المشهورة على نطاق واسع في كل شيء بدءًا من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية وحتى الطائرات، المنحل بالكهرباء هو السائل الذي يسهل نقل أيون الليثيوم بين الأنود و الكاثود. وفي بطارية الليثيوم ذات الحالة الصلبة، يكون الإلكتروليت مادة صلبة بدلاً من ذلك.

هناك عدة أنواع من تقنيات بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة. يعتمد البعض على البوليمرات لتوصيل أيونات الليثيوم، بينما يستخدم البعض الآخر الكبريتيدات أو الأكاسيد (السيراميك).

مزايا بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة

يعد تحسين السلامة إحدى المزايا الرئيسية، لأن الإلكتروليتات لا يمكن أن تتسرب.

"إن الإلكتروليتات السائلة قابلة للاشتعال، ولهذا السبب كما ترى حرائق البطارية في الأخبار"، يقول إريك د. واكسمان، دكتوراه، مدير معهد ميريلاند لابتكار الطاقة.

"يمكننا إجراء هندسة حول هذا الأمر، وقد قمنا بذلك لفترة طويلة، ولكن هناك بعض المفاضلات الأساسية بين السلامة والأداء مع الإلكتروليتات السائلة والإلكتروليتات الصلبة الخزفية تتجنب هذه المقايضة لأن المادة الصلبة كذلك غير قابل للاشتعال."

ميزة أخرى: كثافة الطاقة الأعلى، مما يؤدي إلى بطارية أكثر إحكاما وأخف وزنا. بالنسبة للمركبات الكهربائية، تم وصف هذا بأنه "الكأس المقدسة"، لأنه يسمح للسيارات بالذهاب لمسافة أبعد مقابل الشحن. تعبئة رصيد بسرعة أكبر.

بالنسبة للتقنيين، إليكم السبب، وفقًا لآدامز: "المواد الصلبة أكثر كثافة من السوائل، وبطاريات الحالة الصلبة تلغي الحاجة إلى وجود فاصل بين الأنود والكاثود. كما أنها تتمتع باستقرار حراري أفضل لأن المواد الصلبة مرتبطة ببعضها البعض بشكل أكثر إحكامًا على المستوى الذري، لذلك يمكن لبطاريات الحالة الصلبة أن تتحمل درجات الحرارة المرتفعة بشكل أفضل.

مساوئ بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة

أكبر عيب هو التكلفة، وذلك بسبب المواد المتقدمة والتكنولوجيا وتعقيدات التصنيع. ولكن مع تزايد انتشار هذه البطاريات، فمن المرجح أن تنخفض تكاليفها.

أين يتم استخدام بطاريات الحالة الصلبة؟

وهي ليست متاحة حاليًا على نطاق واسع للمستهلكين، ولكن هذا بدأ يتغير. أصدرت شركة Yoshino Power للتو بعضًا من أولى منتجات الليثيوم ذات الحالة الصلبة: محطات الطاقة المحمولة بأحجام مختلفة ل النسخ الاحتياطي المنزلي، وتشغيل الأدوات الكهربائية و تخييم. ومن المتوقع أن تبدأ التكنولوجيا في اقتحام سوق السيارات الكهربائية خلال السنوات القليلة المقبلة.

يقول آدامز: "إن بطاريات الحالة الصلبة هي طريق المستقبل". "يستثمر مصنعو السيارات الكهربائية الجديدة بكثافة في تطويرها، والشركات مثلها أعلنت شركة تويوتا أن سياراتها الكهربائية الجديدة ستستخدم تقنية بطاريات الحالة الصلبة مرة واحدة 2027.”

وقد التزمت كل شركات صناعة السيارات الأخرى تقريبًا أيضًا تجاه هذه التكنولوجيا.

يقول واكسمان: "كان تركيز وزارة الطاقة من حيث التمويل منصبًا على السيارات الكهربائية بسبب تأثيرها على معالجة المخاوف المناخية". "لكنها ستصل إلى مجال الإلكترونيات الاستهلاكية. سيتم تحويله إلى تخزين الشبكة. هناك عدد لا حدود له من التطبيقات لهذه البطاريات.

ولكن إذا كنت تفكر في شراء سيارة كهربائية وكانت ميزانيتك محدودة، فلا تنتظر ظهور التكنولوجيا. يقول واكسمان: "فقط اذهب واحصل عليه الآن". "ستكون المنتجات الأولية أكثر تكلفة، وسيستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن يصبح حجم التصنيع كبيرًا بما يكفي لانخفاض سعر الوحدة."

كارونا إيبرل، كاتبة مستقلة ومنتجة أفلام مستقلة، تغطي الجانب الخارجي والطبيعة من الأعمال اليدوية، وتستكشف الحياة البرية والحياة الخضراء والسفر والبستنة لصالح Family Handyman. وهي تكتب أيضًا عمود Eleven Percent في FH، حول النساء الديناميكيات في القوى العاملة في مجال البناء. تشمل بعض اعتماداتها الأخرى غلاف شهر مارس لمجلة ريدرز دايجست، والمتنزهات الوطنية، وقناة ناشيونال جيوغرافيك، وأطلس أوبسكورا. كارونا وزوجها أيضًا في المرحلة الأخيرة من تجديد منزل مهجور في بلدة قريبة من الأشباح في ريف كولورادو. عندما لا يعملون، يمكنك أن تجدهم يتنزهون ويسافرون في الطرق الخلفية، ويخيّمون في شاحنتهم المحولة ذاتيًا.