تحقيق مسبار
لا يتم استخدام البطاريات الصلبة على نطاق واسع في الكثير من المجالات خلال الوقت الراهن؛ إلا أن هناك الكثير من الشركات التي تسعى إلى استخدامها في السنوات اللاحقة، ومنها: شركة نيسان وشركة تويوتا اليابانيتين؛ فإنهما تعتزمان إنتاج سيارات تحتوي على بطاريات صلبة عوضًا عن بطاريات الليثيوم أيون.
ما الفرق بين البطاريات الصلبة وبطاريات الليثيوم؟
عند البحث لمعرفة ما هي أفضل أنواع بطاريات السيارات يتضح بأن بطاريات الليثيوم واحدة منها خلال الوقت الراهن، وتحاول الكثير من الشركات التحول إلى البطاريات الصلبة؛ نظرًا للمميزات الإضافية التي توفرها، وعلى الرغم من وجود الليثيوم في كل منهما إلا أن الفرق بينهما يكمن في استخدام محلول سائل لتنظيم التيار في بطاريات الليثيوم واستخدام كهارل صلبة في البطاريات الصلبة.
ما هي بطاريات الليثيوم أيون؟
تُعرف بطاريات الليثيوم أيون بأنها بطاريات قابلة للشحن، وتعتمد على أيونات الليثيوم لنقل الشحنات بين الأقطاب الكهربائية السالبة والموجبة أثناء التفريغ والشحن، ويتم استخدامها في مجموعة واسعة من الأجهزة الكهربائية الاستهلاكية، بالإضافة إلى استخدامها بشكل شائع في السيارات الكهربائية أيضًا.
كيف تعمل بطاريات الليثيوم أيون؟
تتكون بطاريات الليثيوم أيون من كاثود وأنود وفاصل بالإضافة إلى كهرل ومجمع تيار سالب ومجمع تيار موجب، ويتم تخزين الشحنة في الكاثود والأنود، وعند انتهاء الشحن وفصل البطارية عن مصدر الطاقة يتم إطلاق أيونات الليثيوم من الأنود إلى الكاثود، مما يؤدي إلى تدفق الإلكترونات بين الجانبين، وفور توصيل الجهاز تنطلق الإلكترونات من الكاثود إلى الأنود للتشغيل.
ما هي البطاريات الصلبة؟
تُعرف البطاريات الصلبة -أو بطاريات الحالة الصلبة- بأنها بطاريات تحتوي على كهارل صلبة عوضًا عن الكهارل السائلة الموجودة في البطاريات الأخرى، وهو ما يؤدي إلى توفير الكثير من المميزات التي لا تتمكن البطاريات الأخرى من توفيرها؛ بما فيها بطاريات الليثيوم أيون، ومن أبرزها: زيادة كفاءة البطارية بشكل كبير.
ما هي مميزات البطاريات الصلبة للسيارات؟
لا شك بأن هناك العديد من المميزات التي تتمتع بها البطاريات الصلبة في السيارات وغيرها من الاستخدامات الأخرى، وفيما يأتي قائمة بهذه المميزات:
- عدم ارتفاع الحرارة: إن ارتفاع درجات الحرارة من أبرز المشاكل التي تؤدي إلى تلف البطاريات وانخفاض عمرها التشغيلي وتدني الكفاءة، وتتميز البطاريات الصلبة بدرجات حرارة أكثر برودة مما يعني أنها أكثر كفاءة.
- المقاومة الأكبر لدرجات الحرارة المرتفعة: يتم العمل على تطوير البطاريات الصلبة لتقاوم درجات الحرارة من 60 مئوية إلى -60 مئوية، وهو نطاق كبير لا يمكن لكثير من البطاريات الأخرى الوصول إليه.
- توفير المساحة: بالنظر إلى الفارق بين حجم فواصل البطاريات السائلة والبطارية الصلبة يتضح أن الأخيرة ذات حجم أصغر، وهو ما يعني توفير مزيد من المساحة عند استخدام هذا النوع من البطاريات.
- وقت الشحن السريع: بالنظر إلى الوقت الذي تستغرقه البطاريات التقليدية والبطاريات الصلبة في الشحن يتضح بأن الصلبة يمكن أن يتم شحنها بسرعة تساوي 6 أضعاف سرعة شحن البطاريات التقليدية.
- عمر البطارية: يمكن للبطاريات الصلبة أن تستغرق وقتًا أطول حتى يحتاج المستخدم إلى تغييرها مقارنة بالوقت الذي تستغرقه البطاريات التقليدية، وهي واحدة من أبرز الخصائص التي تتمتع بها هذه البطاريات.
- مستويات الأمان الأكبر: تتمتع البطاريات الصلبة بمستويات أمان أكبر، وذلك لأن الشوارد التي تحتوي عليها أقل تفاعلًا من الشوارد السائلة في البطاريات الأخرى، وهو ما يقلل من احتمالية انفجارها أو احتراقها.
- السعة الأكبر: يتم تطوير البطاريات الصلبة حتى تكون قادرة على الاحتفاظ بمستويات أعلى من الطاقة الكهربائية المخزنة، وهو ما يسمح بالحصول على وقت استخدام أطول، ويوفر مجالًا أكبر للسيارات الكهربائية.
- الوزن الخفيف: إلى جانب الحجم الأصغر تتمتع البطاريات الصلبة بوزن أكثر خفة مقارنةً بالبطاريات الأخرى، ويرجع السبب في ذلك إلى استخدام كميات أقل من الكوبالت والجرافيت التي تستخدمها البطاريات السائلة أيضًا.
- سرعة الإنتاج: لا تحتوي البطاريات الصلبة على أية مواد كيميائية سائلة أو إضافة يمكنها التفاعل أثناء عملية الإنتاج، وهو ما يمكن أن يوفر سرعة أكبر في إنتاج هذا النوع من البطاريات.
هل توجد سلبيات لاستخدام البطاريات الصلبة؟
تعاني البطاريات الصلبة من بعض السلبيات التي لا تعاني منها البطاريات السائلة المستخدمة على نطاق واسع في الوقت الراهن، ومن هذه السلبيات: الثمن الباهظ للمعالجة والإنتاج، وهذا يعني أنها ذات سعر مرتفع مقارنة بالبطاريات الأخرى، وهو ما ينعكس على أسعار المنتجات التي تتضمن هذا النوع من البطاريات بشكل مباشر.
في الوقت الراهن توجد الكثير من المنشآت التي تقوم بإنتاج البطاريات السائلة، في حين لا ينتشر إنتاج البطاريات الصلبة بنفس الكمية، كما أن البطاريات الصلبة تحتوي على فواصل سيراميك أحيانًا، ويمكن لهذه الفواصل أن تنكسر تحت الضغط الميكانيكي الشديد خلافًا للبطاريات السائلة.
ما هي أهم المحطات في تاريخ تطوير البطاريات الصلبة؟
مرّت عملية تطوير البطاريات الصلبة بالعديد من المحطات المهمة، وتتضمن القائمة الآتية عدة من أهم هذه المحطات حسب موسوعة بريتانيكا:
- اكتشاف الكهارل الصلبة: بين العامين 1831-1834 استطاع العالم الإنجليزي مايكل فاراداي اكتشاف اثنين من الكهارل الصلبة، وهما: كبريتيد الفضة وفلوريد الرصاص، وهو ما وفّر الأساس لإنتاج البطاريات الصلبة فيما بعد.
- اكتشاف مزيد من الكهارل في القرن العشرين: خلال القرن العشرين تمكن المختصون من اكتشاف عدة كهارل صلبة أخرى، وأصبحت هذه الكهارل متاحة للتجربة أيضًا.
- اكتشاف كهارل بيتا ألومينا: خلال عام 1916 استطاع العلماء اكتشاف كهارل بيتا ألومينا الصلبة، ولم تكتسب هذه الكهارل شهرة بين المختصين حتى حلول سبعينيات القرن العشرين.
- تطوير أنظمة تستخدم الكهارل الصلبة: في خمسينيات القرن العشرين تم تطوير العديد من الأنظمة الكهروكيميائية، التي تستخدم الكهارل الصلبة، ولكنها لم تكن على شكل بطاريات حتى هذه الفترة.
- ظهور بطارية كبريت الصوديوم: بالاعتماد على أبحاث كهارل بيتا ألومينا قامت شركة فور الأمريكية في عام 1966 بتطوير بطاريات كبريت الصوديوم، ولم تكن هذه البطارية من البطاريات الصلبة؛ إلا أنها كانت خطوة مهمة في تطويرها.
- تطوير بطارية الحالة الصلبة ذات الأغشية الرقيقة: في عام 1983 تم تطوير بطارية الحالة الصلبة ذات الأغشية الرقيقة من قبل العلماء في مختبر أوك ريدج الوطني في ولاية تينيسي أوكسينيتريد بعد اكتشاف فوسفور الليثيوم.
- ظهور البطاريات الصلبة المنافسة: استمر تطوير البطاريات الصلبة منذ ثمانينيات القرن العشرين، وفي عام 2011 تم اكتشاف موصل الليثيوم فائق التأين، مما أسهم في تطوير بطاريات قادرة على التنافس مع بطاريات الليثيوم أيون تقنيًا.
هل يتم استخدام البطاريات الصلبة في السيارات؟
ربما تكون البطاريات الصلبة عام 2030 متوفرة في كثير من السيارات، ولكنها ظهرت أول مرة في سيارة إنتاجية عام 2024 عندما أطلقت شركة آي إم موتورز الصينية سيارات إل 6 التي تستطيع قطع مسافة طويلة في الشحنة الواحدة؛ فإنها قادرة على السير مسافة تصل إلى 999 كيلومتر قبل الحاجة إلى إعادة شحنها مرة أخرى في بعض الطرز.
تختلف المسافة التي تقطعها سيارات إل 6 بناءً على حجم البطارية بشكل أساسي، وهي سيارة يصل طولها إلى 4.9 متر، وتحتوي على شاشتين كبيرتين للتحكم في أنظمة المعلومات والترفيه، ويمكن لمحرك السيارة توليد قوة إجمالية تصل إلى 787 حصانًا مما يعني أنها قادرة على توفير أداء منافس للسيارات الأخرى.
هل توجد عدة أنواع من البطاريات المستخدمة في السيارات؟
بدأ استخدام البطاريات الصلبة في السيارات منذ وقت قريب، وهناك العديد من أنواع البطاريات الأخرى التي يتم استخدامها ضمن هذا القطاع أيضًا، ومنها: بطاريات الليثيوم أيون التي تستخدمها معظم الشركات في سياراتها الكهربائية، وكذلك بطاريات النيكل معدن، وبطاريات الرصاص الحمضية.
اقرأ/ي أيضًا:
هل سيارة توغ التركية سيارة كهربائية؟
كيف تعمل بطاريات الطاقة الشمسية؟
