وضعیت باتری های حالت جامد: ممکن است در آستانه یک انقلاب الکتریکی باشیم

خودروهای برقی ممکن است در طول پنج سال گذشته بسیار محبوب‌تر شده باشند، اما این به رغم برخی مشکلاتی است که آنها هنوز در مورد مواردی مانند برد محدود و سرعت شارژ آهسته با آن مواجه هستند. نتیجه این مسائل این است که بسیاری از خریداران مطمئن نیستند که آیا یک EV ممکن است برای آنها باشد. اما یک فناوری وجود دارد که به عنوان ناجی برای همه مسائل مربوط به EV مربوط به باتری ها مورد ستایش قرار گرفته است و آن فناوری باتری های حالت جامد است.

این فناوری برای مدت طولانی آنقدر تبلیغات شده است که در این برهه از زمان، نه تنها تقریباً افسانه ای به نظر می رسد، بلکه گویی ممکن است هرگز آن را در دنیای واقعی نبینیم. بنابراین، وضعیت باتری‌های حالت جامد در حال حاضر چگونه است و تا چه اندازه تا نهایتاً آن‌ها را ببینیم و پاداش‌هایشان را درو کنیم؟ در اینجا یک نگاه است.

باتری های حالت جامد چیست؟

باتری حالت جامد در وهله اول چیست؟ باتری‌های حالت جامد اصول طراحی سنتی باتری را حفظ می‌کنند و یک آند و یک کاتد با جداکننده متخلخل در وسط و ماده‌ای که الکترون‌ها از یک طرف به طرف دیگر جریان می‌یابند ارائه می‌دهند. این به نوبه خود یک مدار ایجاد می کند. اما در حالی که یک باتری معمولی با محلول الکترولیت مایع در داخل ساخته می شود، یک باتری حالت جامد در عوض جداکننده بین آند و کاتد را به خود الکترولیت تبدیل می کند.

نتیجه نهایی؟ باتری انرژی بسیار بیشتری دارد و به سازندگان این امکان را می دهد که انرژی بیشتری را در بسته بندی با همان اندازه قرار دهند یا باتری هایی با سطح انرژی مشابه بسازند که بسیار کوچکتر هستند. مزیت بزرگ دیگر این واقعیت است که باتری‌های حالت جامد بسیار سریع‌تر شارژ می‌شوند، بنابراین در مورد خودروهای برقی، نیازی نیست مدت زیادی را در ایستگاه شارژ بگذرانید، مشروط بر اینکه خود شارژر بتواند انرژی کافی را ارائه دهد.

فن آوری باتری های حالت جامد لزوماً جدید نیست، اما تا کنون ساخت آن بسیار دشوار بوده و اجرای آن بسیار گران بوده است، که مانع از استفاده گسترده از باتری های حالت جامد شده است. اینجاست که نوآوری وارد می‌شود. تولیدکنندگان روی ارزان‌تر ساختن باتری‌های حالت جامد کار کرده‌اند تا بتوان از آنها در سطح بسیار گسترده‌تری استفاده کرد.

دکتر ریجا جایان، دانشیار مهندسی مکانیک در دانشگاه کارنگی ملون ، گفت: «معایب در حال حاضر شامل هزینه‌های تولید بالاتر مرتبط با روشی است که الکترولیت جامد ساخته می‌شود و به سلول‌ها فشار وارد می‌شود. علاوه بر این، الکترولیت جامد در هدایت یون های لیتیوم خیلی خوب نیست، که ظرفیت کلی و دوام و پایداری را کاهش می دهد. با تحقیق و توسعه، این نگرانی ها به زودی حل خواهد شد.»

آینده ای نه چندان دور

اما ما سال‌هاست که در مورد این نوآوری‌های جدید می‌شنویم و هنوز آنها را در خودروهای برقی ندیده‌ایم. بنابراین، چقدر تا دستیابی به خودروهای الکتریکی با باتری‌های حالت جامد فاصله داریم؟ خوب، آنها کاملاً درست در اطراف نیستند، اما ممکن است فقط چند سال دیگر صبر کنیم.

استفانی والدز استریتی، صنعت خودروسازی کاکس می‌گوید: «تقریباً همه [تولیدکنندگان] خودرو با استراتژی‌های مختلف، مانند تحقیقات داخلی، مشارکت‌های استراتژیک، و سرمایه‌گذاری مستقیم در شرکت‌های باتری‌های حالت جامد، فعالانه در مسابقه باتری‌های حالت جامد شرکت می‌کنند. مدیر بینش . با این حال، تجاری سازی باتری های حالت جامد هنوز چند سال دیگر باقی مانده است. بر اساس تعهدات و پیشرفت، ممکن است در پایان دهه شاهد تجاری سازی باتری های حالت جامد باشیم. اجماع عمومی افراد در صنعت این است که حالت جامد تا سال 2030 وارد بازار خواهد شد.

بسیاری از آن به ظاهر به رقابت برمی گردد. در حالی که تویوتا در سال گذشته چند اعلامیه نسبتاً بزرگ باتری حالت جامد انجام داد، شرکت هایی مانند BMW، مرسدس بنز و دیگران نیز در مورد این فناوری اطلاعیه هایی را ارائه کردند. نه تنها این، بلکه تویوتا در واقع ائتلافی با نیسان و پاناسونیک ایجاد کرده است که هدف آن افزایش تولید باتری‌های حالت جامد در ژاپن است تا شرکت‌های ژاپنی را در فضای باتری رقابتی نگه دارد – که تحت سلطه چین و کره جنوبی است. اساساً مسابقه ادامه دارد.

اما هنوز پیچیدگی‌هایی وجود دارد که باید قبل از اینکه باتری‌های حالت جامد برای مصرف‌کنندگان قابل استفاده باشند، آن‌ها را برطرف کنیم.

توقعات بالا

اما در مورد هیاهو چطور؟ آیا واقعاً احتمال دارد که در نهایت شاهد خودروهای برقی با برد نزدیک به 1000 مایل باشیم؟ خوب، تا حد زیادی باید دید.

برخی از شرکت‌ها هنوز مدعی پیشرفت‌های گسترده در محدوده خودروهای برقی هستند و تویوتا فکر می‌کند با یک بار شارژ می‌تواند مسافتی در حدود 900 مایل را طی کند. با این حال، باتری بسیار بزرگی است که ساخت آن بسیار گران است. به گفته جایان، نتیجه نهایی این است که ما ابتدا فناوری باتری جدید را در خودروهای لوکسی مانند مرسدس بنز خواهیم دید.

او می گوید: «به مرور زمان، شاهد کاهش قیمت ها خواهیم بود.

در واقع، مرسدس در فناوری باتری های حالت جامد پیشرفت هایی داشته است – و حتی اخیراً اعلام کرده است که خودروهای نسل بعدی آن از باتری های حالت جامد استفاده خواهند کرد که می توانند برد را تا "تا 80٪" افزایش دهند. این از طریق سرمایه گذاری آن در شرکت فناوری باتری Factorial – که همچنین سرمایه گذاری هایی از هیوندای و استلانتیس دریافت کرده است.

فاکتوریال می‌گوید هدفش باز کردن مسافت بیش از 600 مایل برای خودروهای برقی نسل بعدی و کاهش وزن تا 40 درصد است. صرفه جویی در وزن نه تنها به بهبود برد کمک می کند، بلکه سایش لاستیک ها را نیز کاهش می دهد و خودروهای برقی را در جاده های ما آسان می کند.

و حتی مزایای ایمنی برای فناوری باتری حالت جامد وجود دارد.

والدز استریتی گفت: «این باتری‌ها از الکترولیت‌های جامد استفاده می‌کنند که عموماً غیرقابل اشتعال هستند و در دماهای بالا پایدارتر هستند و خطر آتش‌سوزی و نشت مواد شیمیایی را کاهش می‌دهند.»

نسل بعدی

به زبان ساده، ما در نهایت ممکن است در نقطه اوج خودروهای آماده مصرف کننده با باتری های حالت جامد باشیم.

به نظر می رسد کارشناسان موافق هستند. این باتری ها بسیار نزدیک به آماده شدن برای پرایم تایم هستند، اما همچنان گران هستند، به این معنی که ابتدا آنها را در خودروهای لوکس با برچسب قیمت بالا خواهیم دید. با این حال، به سادگی وارد کردن آنها به دنیای واقعی به کاهش هزینه های تولید آنها کمک می کند. هرچه شرکت‌هایی مانند Factorial این باتری‌ها را بیشتر بسازند، تولید را بهبود می‌بخشد و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد و امکان استفاده از باتری‌های حالت جامد را برای خودروهای ارزان‌تر فراهم می‌کند.

به نظر می رسد به طور فزاینده ای محتمل است که در سال های منتهی به دهه آینده شاهد خودروهای لوکس با برد بسیار طولانی باشیم. با این حال، در عین حال، ممکن است همچنان شاهد استفاده از فناوری باتری حالت جامد در خودروهای برقی ارزان‌تر باشیم – به سادگی به شکل باتری‌های حالت جامد کوچک‌تر که محدوده مشابهی با خودروهای برقی فعلی در جاده‌ها ارائه می‌دهند.

به گفته جایان، «باتری‌های حالت جامد مسیر امیدوارکننده‌ای را برای دستیابی به وسایل نقلیه الکتریکی ایمن، مقرون‌به‌صرفه و دوربرد ارائه می‌کنند که تمام نیازهای مصرف‌کننده‌ای را که تلاش می‌کنند از خودروهای بنزینی دور شوند، برطرف می‌کنند.»