من المفترض أن تكون السيارات الكهربائية هي المستقبل، ولكن لا تزال لديها مشكلات تمنع العديد من مشتري السيارات. النطاق قصير جدًا. البطاريات ثقيلة جدًا ومكلفة. يستغرق شحنها وقتًا طويلاً. لكن عددًا من الشركات تقول إن لديها التكنولوجيا اللازمة لحل العديد من هذه المشكلات، وربما جميعها.
وقالت تويوتا، على وجه الخصوص، إنها قد تكون على أعتاب مثل هذا الاختراق. تعمل شركات صناعة السيارات الأخرى أيضًا مع شركات البطاريات المختلفة على إصدارات هذه التقنية الجديدة.
يُطلق على هذا الاختراق المحتمل اسم “بطارية الحالة الصلبة”، والمشكلة الوحيدة هي أنه – مثل الكثير من تقنيات تغيير الأرض المتبجح بها – منذ بضع سنوات حتى الآن، كان دائمًا على بعد بضع سنوات فقط.
كما تعاونت شركات السيارات، بما في ذلك Stellantis وHyundai وVolkswagen، مع شركات تعمل في مجال بطاريات الحالة الصلبة. تحمل هذه التكنولوجيا وعدًا ببطاريات أصغر حجمًا وأخف وزنًا مع توفير المزيد من الطاقة. يمكن أن تكون أكثر أمانًا مع وجود فرصة أقل لاشتعال النيران في حالة وقوع حادث أيضًا.
لكن تكنولوجيا الحالة الصلبة لها تحدياتها الخاصة، وهي ليست الطريقة الوحيدة التي يمكن لشركات صناعة السيارات من خلالها إنتاج سيارات كهربائية أخف وزنا وأرخص وأسرع في الشحن.
الفرق الرئيسي بين بطارية الحالة الصلبة وبطاريات الليثيوم أيون المستخدمة حاليًا في السيارات الكهربائية هو مكون يعرف باسم المنحل بالكهرباء. في بطارية الليثيوم أيون، يكون الإلكتروليت سائلًا لزجًا. في بطارية الحالة الصلبة، يكون الإلكتروليت مادة صلبة. يعد هذا الإلكتروليت الصلب أحد الأسباب التي تجعل بطاريات الحالة الصلبة أكثر أمانًا من بطاريات الليثيوم أيون. في حالة كسر أو ثقب بطارية الإلكتروليت السائلة، يمكن أن يتسرب جانبا الإلكتروليت معًا، مما قد يؤدي إلى تدفق طاقة غير منضبط، يليه نشوب حريق.
بشكل عام، المواد الصلبة أيضًا أكثر كثافة من السوائل مما يعني أن المنحل بالكهرباء يشغل مساحة أقل ويمكن أن تكون خلايا البطارية أصغر. لكن بعض الشركات تعمل على استراتيجيات أخرى أيضًا، والتي يمكن أن تجعل البطاريات أصغر حجمًا وأخف وزنًا، وكذلك شحنًا أسرع.
والتحدي الرئيسي الذي يواجه كل هذه الشركات، وشركات صناعة السيارات التي استثمرت فيها، هو كيفية إنتاج هذه البطاريات عالية التقنية بشكل اقتصادي بالأرقام اللازمة لبناء سيارات كهربائية بأسعار معقولة. وفي الوقت نفسه، هناك تقنيات بطاريات متنافسة تعتبر تقنيات تصنيعها راسخة.
إنه مجال مفتوح الآن على نطاق واسع مع عدد من الشركات الناشئة التي تعمل كل منها بتركيبات كيميائية مختلفة وحتى هياكل فيزيائية مختلفة قليلاً لبطارياتها. وقال ويليام كيفارت، الباحث في مجال البطاريات في شركة الاستشارات P3 Group، إنه لا توجد حتى الآن تكنولوجيا متفوقة بشكل واضح
تعد أوقات الشحن السريعة، وهي طلب استهلاكي رئيسي، أحد التحديات التي تواجه بطاريات الحالة الصلبة. وقال كيفارت إنه بشكل عام، تستغرق أيونات الليثيوم الموجودة في البطاريات المستخدمة حاليًا وقتًا أطول للتحرك عبر مادة صلبة أكثر من السائل. وهذا يجعل الأمر يستغرق وقتًا أطول لتلقي الطاقة، مما يؤدي إلى إبطاء أوقات الشحن، ويجعل إطلاق الطاقة أبطأ – مما يؤثر على تسارع السيارة.
تدعي شركة بطاريات الحالة الصلبة Quantumscape أن بطاريات الحالة الصلبة الخاصة بها – والتي تستخدم بعض السوائل، ولكن ليس للكهارل – قد تم اختبارها ويمكن شحنها بشكل أسرع من بطاريات أيونات الليثيوم النموذجية.
وقال كيفارت إن بطاريات الحالة الصلبة تميل إلى أن تكون أكثر تكلفة لأنها تحتوي على المزيد من الليثيوم، وهو أمر مكلف. وقال إن أسعار الليثيوم ستنخفض مع العثور على المزيد من المصادر والوصول إليها، ولكن بالمقارنة مع البطاريات الأخرى، تميل بطاريات الحالة الصلبة إلى التكلفة أكثر.
تدعي شركة تدعى فاكتوريال، التي تعتبر ستيلانتيس ومرسيدس كمستثمرين، أن تكنولوجيا بطاريات الحالة الصلبة الخاصة بها تستخدم كمية أقل من الليثيوم مقارنة بالبطاريات التقليدية، مما قد يؤدي إلى خفض التكاليف، خاصة مع زيادة الإنتاج.
وقال سيو هوانغ، الرئيس التنفيذي لشركة فاكتوريال: “نعتقد أن التكلفة ستكون تنافسية في الواقع، لأن الليثيوم، فقط من منظور المواد الخام، ليس مادة نادرة”.
وتقول شركة Quantumscape أيضًا إن تصميم بطاريتها يزيل الجرافيت، مما يقلل النفقات، كما تدعي الشركة أنه يقلل بشكل كبير من انبعاثات الكربون الناتجة عن التصنيع.
وفي الوقت نفسه، تعمل بعض شركات البطاريات الأخرى على تحسين بطاريات الإلكتروليت السائلة التقليدية، وهي تحسينات يمكن أن تجعل هذه التكنولوجيا الحالية أفضل. مجرد تغيير قطعة واحدة من البطارية عن طريق إضافة السيليكون يمكن أن يؤدي إلى تحسينات كبيرة في الأداء بتكلفة منخفضة نسبيًا. وهذا ما اقترحته شركة تدعى OneD Battery Sciences، والتي استثمرت فيها جنرال موتورز.
تسمح تقنية OneD لعمليات الإنتاج بالبقاء كما هي تقريبًا مع الوعد بتحسينات كبيرة في الأداء، وفقًا للشركة. وهذا يعني مشاكل ونفقات أقل لمصنعي البطاريات وشركات صناعة السيارات.
تعمل شركات أخرى على بطاريات شبه صلبة تجمع بين أجزاء من كل نوع من أنواع البطاريات، مما يوفر بعض فوائد الحالة الصلبة دون التخلص تمامًا من التصميم القياسي المعتمد على السوائل.
وقال المتحدث باسم جنرال موتورز، فيل لينرت، إنه في نهاية المطاف، ربما لن تكون هناك تقنية بطارية واحدة مستخدمة في جميع السيارات الكهربائية. سيتم مطابقة نوع البطاريات مع السيارة والسوق المحدد الذي يتم بيعها فيه. إنه مشابه لكيفية استخدام شركات صناعة السيارات لمحركات مختلفة في نماذج مختلفة وفي أسواق مختلفة. تم تصميم تصميم السيارة الكهربائية Ultium من جنرال موتورز، والذي يكمن وراء جميع طرازات السيارات الكهربائية من جنرال موتورز، خصيصًا لتمكين استخدام جميع أنواع البطاريات المختلفة.
وقال: “عندما يكون لديك مجموعة عملاء كبيرة ومتنوعة مثل مجموعتنا، فأنت بحاجة إلى حلول متعددة يمكن أن تتعايش” ضمن نفس الهندسة الأساسية.
