الفرق الكبير بين بطاريات الحالة الصلبة وأنواع البطاريات الأخرى هو استخدام إلكتروليتات صلبة ، بدلاً من إلكتروليتات سائلة تستخدم في بطاريات أخرى. شهدت بطاريات أيونات الليثيوم تطورات تكنولوجية ، لكن الخبراء يعتقدون على نطاق واسع أن تكنولوجيا أيونات الليثيوم وصلت إلى حدود كفاءتها. تتطلب الخطوة التالية في المستقبل نوعًا مختلفًا من البطاريات ، وهذا هو المكان الذي تدخل فيه بطاريات الحالة الصلبة في الصورة.
تكون بطاريات الحالة الصلبة أصغر حجماً وأخف وزناً ، وتوفر كثافة طاقة أكبر من بطاريات أيونات الليثيوم المستندة إلى إلكتروليتات سائلة. كان التحدي الرئيسي لاعتمادها على نطاق واسع هو البحث عن إلكتروليت صلبة مع قدرة موصلة كافية للبطاريات الكبيرة ، بالإضافة إلى طريقة تصنيع تسمح بتقليص الحجم.
كيف تعمل البطارية؟
جميع البطاريات لديها ثلاثة أجزاء أساسية: الأنود ، الكاثود ، وelectrolyte. تعمل البطارية لأن الأيونات المشحونة تريد الانتقال من القطب السالب إلى القطب الموجب من خلال الإلكتروليت. يحدث هذا لأن مكونات البطارية المختارة بعناية تخلق تفاعل كيميائي ينتج إلكترونات حرة. ونتيجة لذلك ، تتراكم الشحنة الإيجابية على كاثود البطارية. هذا يجذب الإلكترونات الحرة سالبة الشحنة من الأنود. تلك الإلكترونات الحرة ترغب في الانتقال من القطب الموجب إلى القطب السالب. كما يفعلون ، فإنهم يمدون جهازك بالطاقة.
ضع في اعتبارك أن القوى الكهربائية والكيميائية تريد دائمًا تحقيق التعادل. يمكنك تصوير بطارية مشحونة كتمرير متأرجح في اتجاه واحد. تريد الشحنات أن تنزلق في هذا السطح حتى يتم ضبط التفاعل. إعادة شحن جميع الأيونات مرة أخرى يعيدها إلى مواقف البدء. تخيل عملية الشحن كإيقاد لأرجحتنا غير المتوازنة من الاستعارة السابقة.
كيف تكون البطاريات الحديثة أفضل؟
فقط بعض المواد قادرة على العمل كبطاريات ، لذلك يجب اختيار المكونات بعناية فائقة بناءً على خصائصها الكيميائية. ونتيجة لذلك ، فإن تطوير تكنولوجيا البطاريات إما ينطوي على تحسين كفاءة مادة البطارية الحالية أو اكتشاف مواد جديدة تعمل بشكل أفضل. ونظرًا لأننا نظرنا في جميع الأماكن الواضحة لتحسينات البطارية ، علينا الآن أن نبدأ في البحث تحت صخور تكنولوجيا النانو وعلوم المواد. تعتبر بطاريات الحالة الصلبة واحدة من الاكتشافات التي تخرج من هذه العملية ، باستخدام إلكتروليتات مختلفة لتحقيق نفس الهدف مثل أي نوع آخر من البطاريات ، ولكن أسرع وأرخص وأقل عرضة للانفجار.
إن الإلكتروليت الأفضل لاستبدال بطاريات أيونات الليثيوم هو إلكتروليت زجاجي قائم على الصوديوم. وفقا للباحثين ، ينتج زجاج إلكتروليت بطارية ذات ثلاثة أضعاف كثافة طاقة بطارية أيونات الليثيوم. الصوديوم اللازم لتصنيع هذه البطاريات هو وفير. هذا يقلل بشكل كبير من الآثار البيئية لإنتاج البطاريات.
كيف تكون بطاريات الحالة الصلبة أفضل؟
تعمل بطاريات الحالة الصلبة على تحسين بطاريات أيونات الليثيوم باستخدام إلكتروليت صلبة بدلاً من السائل المنحل بالكهرباء أو البوليمر. يحدث ذلك فقط لأن هذا التغيير يحسِّن جميع خصائص البطارية تقريبًا. تضع بطاريات الحالة الصلبة علامة على جميع صناديق تكنولوجيا البطاريات الخيالية لدينا. فهي خفيفة الوزن ، ولها تأثير بيئي منخفض ، وتستخدم مكونات وفيرة ، وأقل عرضة للحريق ، وتوفر المزيد من القوة.
المشكلة الوحيدة هي عملية التصنيع. ما زلنا ندرس كيفية جعل هذه البطاريات رخيصة الثمن وعلى نطاق واسع. في الوقت الحالي ، تعد بطاريات الحالة الصلبة باهظة التكلفة للغاية على نطاق واسع. لحسن الحظ ، نحن جيدون جدًا في إيجاد طرق جديدة لجعل الأشياء أكثر كفاءة. ينبغي أن تعود بطاريات الحالة الصلبة في نهاية المطاف إلى وفورات الحجم وأن ترى اعتمادًا واسعًا.
ما هي استخدامات بطاريات الحالة الصلبة؟
يمكن للبطاريات الصلبة أن تتحسن فقط مع كل جهاز يحتوي على بطارية. إنها جذابة بشكل خاص لمصنعي السيارات الكهربائية. تقوم شركات مثل Tesla بتصميم سيارة حول البطارية. إنه العنصر الأكثر أهمية ، والذي يحدد معظم ميزات السيارة. يتوقع محللو الصناعة أن تشاهد السيارة الكهربائية تتبني على نطاق واسع فقط عندما تكون المسافة المقطوعة بين الشحنات تلبي أو تفوق السيارات التي تعمل بالبنزين. قد تكون بطاريات الحالة الصلبة تذكرة لهذا المستقبل.
