إحداث ثورة في تخزين الطاقة: صعود بطاريات الحالة الصلبة في عصر السيارات الكهربائية
بطاريات الليثيوم أيونتتكون المستخدمة تجاريًا بشكل أساسي من الكاثود وفاصل الأنود والإلكتروليت. يتم تركيب بطاريات الليثيوم أيون في الهواتف الذكية والأدوات الكهربائية والمركبات الكهربائية. وهي تستخدم محلول إلكتروليت سائل.
مكونات البطارية -
الأقطاب الكهربائية - القطب الكهربائي الذي يطلق الإلكترونات أثناء التفريغ هو الأنود؛ القطب الكهربائي الذي يمتص الإلكترونات هو الكاثود. يخزنون الليثيوم. ينقل الإلكتروليت أيونات الليثيوم المشحونة إيجابياً (أي أن الأيون عبارة عن جسيم مشحون كهربائياً يتم إنتاجه لإعطاء أيون موجب أو سالب إما عن طريق إزالة أو إضافة إلكترونات من ذرة متعادلة) من الأنود إلى الكاثود والعكس عن طريق الفاصل. تخلق حركة أيونات الليثيوم إلكترونات حرة في الأنود، مما يخلق شحنة تتدفق تيارًا كهربائيًا عبر جهاز 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 عبرها.
ينقل الإلكتروليت الأيونات (الجسيمات الحاملة للشحنة) ذهابًا وإيابًا بين قطبي البطارية، مما يتسبب في شحن البطارية وتفريغها.
بطارية الحالة الصلبة - تستخدم بطارية الحالة الصلبة محلول إلكتروليت صلب بدلاً من محلول إلكتروليت سائل. كما أنها تلعب دور الفاصل أيضًا. لديها كثافة طاقة أعلى. ليس لديها خطر الانفجار أو الاشتعال، مما يلغي الحاجة إلى وجود مكونات أمان لهذه الأغراض، ويوفر مساحة أكبر لزيادة سعة البطارية.
مثال على بطارية الحالة الصلبة
التجريب بـبطاريات الحالة الصلبةيعود إلى أواخر الخمسينيات، مع استخدام الإلكتروليتات الموصلة لأيونات الفضة. بالعودة إلى اليوم، مثال على بطارية الحالة الصلبة هو زجاج فوسفات الليثيوم. كثافة الطاقة عالية في هذه البطاريات، مع قدرة طاقة أكبر من بطارية ليثيوم أيون.
مزايا بطارية الحالة الصلبة
الإلكتروليتات السائلة في بطاريات الليثيوم أيون مصنوعة من مذيبات عضوية قابلة للاشتعال؛ هناك قلق بشأن استخدامها في البيئات ذات درجة 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 بسبب مقاومتها 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 السيارات الكهربائية
تشير الأبحاث إلى الانتقال من المركبات ذات محركات الاحتراق الداخلي (ICEVs) إلى المركبات الكهربائية في صناعة السيارات. يجب حل العديد من التحديات قبل أن تصبح السيارات الكهربائية سائدة. يجب أن يكون لدى السيارات الكهربائية 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.
استنتاج
تصل بطاريات الليثيوم أيون إلى تقدمها التكنولوجي. تعتبر بطاريات الحالة الصلبة بديلاً قابلاً للتطبيق لمعالجة العوامل المقيدة الحالية. ستؤدي الاستثمارات الضخمة من قبل الشركات المصنعة (تويوتا، بي إم دبليو، فولكس فاجن، هيونداي وغيرها الكثير) في البحث والتطوير لبطاريات الحالة الصلبة إلى تطورات تكنولوجية مبتكرة في هذا القطاع.
المؤلف: Abhishek Saini