ثورة في تخزين الطاقة: صعود بطاريات الحالة الصلبة في عصر السيارات الكهربائية

إحداث ثورة في تخزين الطاقة: صعود بطاريات الحالة الصلبة في عصر السيارات الكهربائية

بطاريات الليثيوم أيون المستخدمة تجاريًا تتكون بشكل أساسي من الكاثود وفاصل الأنود والإلكتروليت. يتم تركيب بطاريات الليثيوم أيون في الهواتف الذكية والأدوات الكهربائية والمركبات الكهربائية. إنهم يستخدمون محلول إلكتروليت سائل.

مكونات البطارية-

الأقطاب الكهربائية- القطب الذي يطلق الإلكترونات أثناء التفريغ هو الأنود؛ القطب الذي يمتص الإلكترونات هو الكاثود. يقومون بتخزين الليثيوم. يحمل الإلكتروليت أيونات الليثيوم المشحونة إيجابياً (أي أن الأيون عبارة عن جسيم مشحون كهربائياً ينتج لإعطاء أيون موجب أو سالب إما عن طريق إزالة أو إضافة إلكترونات من ذرة متعادلة) من الأنود إلى الكاثود والعكس عبر الفاصل. تخلق حركة أيونات الليثيوم إلكترونات حرة في الأنود، مما يخلق شحنة تدفق تيار كهربائي عبر الجهاز الذي يتم تشغيله. الأقطاب الكهربائية مسؤولة عن الأداء الأساسي للبطارية.

الوصول إلى التقرير الكامل (بما في ذلك الرسوم البيانية والمخططات والأشكال): https://univdatos.com/report/india-lithium-ion-battery-market/

الفاصل والإلكتروليت - يحدد هذان العنصران سلامة البطارية. يعمل الفاصل كحاجز مادي بين الكاثود والأنود، مما يمنع التدفق المباشر للإلكترونات بينهما، ويمنع تدفق الإلكترونات داخل البطارية، ولا يترك سوى الأيونات لتمر من خلالها.

يقوم الإلكتروليت بنقل الأيونات (الجسيمات الحاملة للشحنات) ذهابًا وإيابًا بين قطبي البطارية، مما يؤدي إلى شحن البطارية وتفريغها.

بطارية الحالة الصلبة - تستخدم بطارية الحالة الصلبة محلول إلكتروليت صلب بدلاً من محلول إلكتروليت سائل. كما أنه يلعب دور الفاصل أيضًا. لديها كثافة طاقة أعلى. ليس لديها خطر الانفجار أو الاشتعال، مما يلغي الحاجة إلى وجود مكونات أمان لهذه الأغراض، وتوفير مساحة أكبر لزيادة سعة البطارية.

مثال على بطارية الحالة الصلبة

تعود تجارب بطاريات الحالة الصلبة إلى أواخر الخمسينيات من القرن الماضي، مع استخدام الإلكتروليتات الموصلة لأيونات الفضة. بالعودة إلى اليوم، فإن مثالاً على بطارية الحالة الصلبة هو زجاج فوسفات الليثيوم. كثافة الطاقة عالية في هذه البطاريات، مع قدرة طاقة أكبر من قدرة بطارية الليثيوم أيون.

مزايا بطارية الحالة الصلبة

تصنع الإلكتروليتات السائلة في بطاريات الليثيوم أيون من مذيبات عضوية قابلة للاشتعال؛ هناك قلق بشأن استخدامها في البيئات ذات درجات الحرارة العالية. لا يوجد مثل هذا الخطر المرتبط باستخدام بطاريات الحالة الصلبة، لأنها ليست مصنوعة من مواد قابلة للاشتعال. يمكن استخدامها في درجات حرارة عالية وتجعل الشحن السريع ممكنًا نظرًا لمقاومتها للحرارة. فائدة أخرى هي اختيار حجم البطارية حيث لا توجد قيود هيكلية كما هو الحال في الإلكتروليتات السائلة لمنع التسربات.

دور بطاريات الحالة الصلبة في المركبات الكهربائية

تشير الأبحاث إلى الانتقال من ICEVs (مركبات الاحتراق الداخلي الكهربائية) إلى المركبات الكهربائية في صناعة السيارات. هناك العديد من التحديات التي تحتاج إلى حل قبل أن تصبح السيارات الكهربائية سائدة. تحتاج السيارات الكهربائية إلى مستوى مماثل من الأميال مثل ICEV الحالي، ومن الضروري زيادة سعة بطارية السيارة الكهربائية للقيام بذلك. يعد استبدال بطاريات الليثيوم أيون ببطاريات الحالة الصلبة اتجاهًا سوقيًا رئيسيًا في البحث والتطوير لمصنعي السيارات وبطاريات الحالة الصلبة.

من المتوقع أن ينمو حجم سوق بطاريات الحالة الصلبة بمعدل نمو سنوي مركب قدره 32.5%، ليصل إلى 314 مليون دولار أمريكي بحلول عام 2028 من 58 مليون دولار أمريكي في عام 2022.

خاتمة

تصل بطاريات الليثيوم أيون إلى تقدمها التكنولوجي. تعد بطاريات الحالة الصلبة بديلاً قابلاً للتطبيق لمعالجة العوامل المقيدة الحالية. ستؤدي الاستثمارات الضخمة من قبل الشركات المصنعة (تويوتا، وبي إم دبليو، وفولكس فاجن، وهيونداي وغيرها الكثير) في البحث والتطوير لبطاريات الحالة الصلبة إلى تطورات تكنولوجية مبتكرة في هذا القطاع.

المؤلف: Abhishek Saini