هل تغيّر بطاريات الحالة الصلبة مستقبل السيارات الكهربائية؟

لا شك أن بطاريات الحالة الصلبة تقنية جديدة قد تُحدث ثورة في قطاع السيارات الكهربائية، مع قدرتها على تسريع الانتقال بعيدًا عن المركبات التي تعمل بالوقود الأحفوري، كما تسعى البطاريات الصلبة إلى معالجة المشكلات المرتبطة ببطاريات الليثيوم أيون، ما يعني أنها قد تكون مستقبل الصناعة...

لا شك أن بطاريات الحالة الصلبة تقنية جديدة قد تُحدث ثورة في قطاع السيارات الكهربائية، مع قدرتها على تسريع الانتقال بعيدًا عن المركبات التي تعمل بالوقود الأحفوري، كما تسعى البطاريات الصلبة إلى معالجة المشكلات المرتبطة ببطاريات الليثيوم أيون، ما يعني أنها قد تكون مستقبل الصناعة في حال التغلب على العقبات التي تواجه هذه التكنولوجيا الجديدة، وفق ما رصدته وحدة أبحاث الطاقة.

ويأتي ذلك مع توقعات نمو إجمالي أسطول المركبات الكهربائية (باستثناء الدراجات ذات العجلتين و3 عجلات) من نحو 30 مليونًا عام 2022 إلى 240 مليون وحدة في عام 2030، وفق سيناريو وكالة الطاقة الدولية الخاص بالسياسات المعلنة.

الفرق بين بطاريات الحالة الصلبة والليثيوم

يمكن لبطاريات الحالة الصلبة أن تكون بمثابة مغير لقواعد اللعبة بالنسبة للسيارات الكهربائية، لكن ما هي؟ وكيف تعمل؟ وماذا عن الشحن؟ وكيف تختلف عن بطاريات الليثيوم أيون؟

تتكون بطاريات الليثيوم أيون من الأنود والكاثود وبينها الإلكتروليت السائل -وهو محلول سائل موصل للتيار الكهربائي- الذي يحمل أيونات الليثيوم موجبة الشحنة إلى القطب السالب خلال التفريغ، والعكس خلال إعادة الشحن.

وتعمل بطاريات الحالة الصلبة (Solid-state batteries) على طريقة بطاريات الليثيوم أيون نفسها (liquid li-ion battery) إلى حدّ كبير، ولكنها تستعمل إلكتروليتًا صلبًا بدلًا من السائل، ومن الممكن تصنيع هذا الإلكتروليت الصلب من عدّة مواد، مثل السيراميك والزجاج، وحاليًا، تُستعمل بطاريات الحالة الصلبة في أجهزة طبية مثل تنظيم ضربات القلب والساعات الذكية.

مزايا متعددة

تتمتع بطاريات الحالة الصلبة بمزايا متعددة مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون؛ ما يجعلها أكثر ملاءمة للمركبات الكهربائية.

ونظرًا لأنها تحتوي على إلكتروليت صلب، فإنها لا تعاني من مستوى الضعف نفسه في بطاريات الليثيوم أيون؛ ما يجعل شحنها أسرع، وكذلك أسهل في النقل، وتتطلب معدّات حماية أقل تخصصًا، وفق تقرير لموقع هوت كارز المتخصص.

كما أن بطاريات الحالة الصلبة تحتفظ بالكهرباء أكثر من نظيرتها من الليثيوم أيون، ما يعني أن استعمالها المحتمل في المركبات الكهربائية سيعادل مسافات قيادة أكبر لكل شحنة، فضلًا عن أنها تتحلل بشكل أبطأ بكثير من بطاريات الليثيوم.

وتشير التقديرات إلى أن بطاريات الحالة الصلبة قادرة على حمل طاقة ما بين مرتين و3 مرات مقارنة مع ببطارية الليثيوم أيون، ما يجعل المركبات الكهربائية قادرة على قطع مسافات تتراوح ما بين 500 و600 ميل.

وفي المقابل، برزت إشكالات مختلفة لبطاريات الليثيوم أيون، مثل إنتاجها وعمرها الافتراضي، إضافة إلى طريقة التخلص من البطارية بعد انتهاء عمرها الافتراضي.

وفضلًا عن ذلك، فإن بطاريات الليثيوم أيون قابلة للاشتعال في درجات حرارة عالية، ما يجعلها تتطلب دوائر حماية لمنع الشحن الزائد والحرارة الزائدة.

وتبرز بطاريات الحالة الصلبة بصفتها بديلًا أكثر استقرارًا نتيجة مكوناتها غير القابلة للاشتعال، إذ يمكنها العمل في درجات حرارة أعلى بكثير مقارنة ببطاريات الليثيوم، ما يقلل من مخاطر الاحتراق.

عيوب يجب إصلاحها

رغم المزايا سالفة الذكر، توجد بعض المشكلات التي يجب معالجتها قبل إنتاج بطاريات الحالة الصلبة تجاريًا للمركبات الكهربائية.

وتكمن أبرز هذه التحديات في التكلفة العالية لهذه التقنية الجديدة من البطاريات، التي تبلغ 8 أمثال تكلفة بطاريات الليثيوم أيون، ما يجعل من الصعب توسيع نطاق تصنيع البطاريات إلى الإنتاج الضخم لمواكبة الطلب على السيارات الكهربائية، بحسب تقرير هوت كارز.

ويأتي ذلك مع حقيقة أن بطاريات الحالة الصلبة عالية التخصص، وتتطلب معدّات متخصصة لتصنيعها؛ ما يجعلها باهظة الثمن، بحسب التقرير.

وبحسب تقرير آخر لموقع توب سبيد (TopSpeed)، يمكن ربط السعر المرتفع لبطاريات الحالة الصلبة حاليًا بتكلفة إصلاح عدّة عيوب بها مثل التشعبات التي تتراكم بالبطارية في أثناء الشحن، والتي تؤثّر بأدائها.

وتبرز هذه المشكلة أحد الأسباب التي تؤخر ظهور بطاريات الحالة الصلبة، إذ ما تزال هذه البطاريات في مرحلة التجارب.

وعلاوة على ذلك، هناك بعض المخاوف بشأن مدى متانة البطاريات الصلبة، مع الإشارة إلى أن الإلكتروليت الصلب هش وعرضة للكسر، إذ يتمدد ويتقلص خلال الاستعمال.

متى ستكون هذه البطاريات متاحة؟

ما تزال تقنيات بطاريات الحالة الصلبة جديدة للغاية، ولا توجد معلومات كافية للتحقق منها حتى الآن، كما لم تُنتج أيّ شركة تصنيع سيارات نموذجًا يعتمد على هذا النوع من البطارية حتى عام 2023.

ومع ذلك، أعلنت شركة تويوتا اليابانية نموذجًا أوليًا لمركباتها التي تستعمل تكنولوجيا الحالة الصلبة خلال عام 2020، مشيرةً إلى أن لديها أكثر من 1000 براءة اختراع بهذا النوع من البطاريات.

وكما هو الحال مع معظم التقنيات المتطورة، لا يوجد تاريخ محدد لخروجها إلى النور، ومع ذلك، تشير التقديرات إلى أن تويوتا ستنتهي من هذا النموذج بحلول عامي 2027 و2028.

وفي المقابل، استثمرت شركات كبرى مثل فولكس فاجن وستيلانتس وفورد وبي إم دبليو وغيرها في تكنولوجيا بطاريات الحالة الصلبة أيضًاـ ويقول الخبراء، إن الإنتاج الضخم لهذه البطاريات اللازمة لتشغيل المركبات الكهربائية يستغرق من 3 إلى 5 سنوات، بحسب ما نقلته وكالة رويترز.