باتری حالت جامد برای یک EV چیست؟ چطورکار می کنند؟

باتری های حالت جامد چشم انداز خودروهای الکتریکی را برای همیشه تغییر خواهند داد. پس کی قراره بگیریمشون؟

خودروهای برقی به آرامی بازار خودرو را در سراسر جهان تسخیر می کنند. زمانی بود که شک و تردید در مورد اینکه چه زمانی استفاده از EV واقعاً آغاز می‌شود، زیاد بود، اما اکنون خودروهای الکتریکی آنقدر خوب می‌فروشند که تولیدکنندگان نمی‌توانند به اندازه کافی از آنها بسازند. با این حال، یکی از انتقادات عمده ای که خودروهای برقی را متوجه خود کرده است، حول فناوری باتری می چرخد.

خبر خوب این است که فناوری باتری جدید در راه است و باتری‌های حالت جامد بخشی از این موج جدید فناوری باتری هستند که بازار را متحول خواهد کرد. بنابراین، باتری حالت جامد چیست و چگونه خودروی برقی شما را بهبود می بخشد؟

باتری های حالت جامد چیست؟

باتری‌های حالت جامد از باتری‌های لیتیوم یون سنتی در هر معیار نظری، از جمله محدوده جام مقدس EV، برتری دارند. البته، همه اینها در تئوری است زیرا باتری‌های حالت جامد هنوز در خودروهای تولیدی هیچ یک از خودروسازان بزرگی که خودروهای برقی ارائه می‌دهند نصب نشده‌اند.

صرف نظر از این، هیاهوی پیرامون باتری های حالت جامد در حال افزایش است زیرا تغییراتی که آنها وعده داده اند واقعاً انقلابی هستند. باتری‌های حالت جامد دارای الکترولیت جامد هستند، در حالی که باتری‌های لیتیوم یون سنتی از الکترولیت مایع برای کمک به حرکت یون‌ها بین الکترودهای مثبت و منفی باتری استفاده می‌کنند.

این تفاوت عمده کاتالیزور بسیاری از مزایای باتری های حالت جامد نسبت به باتری های معمولی است. باتری‌های حالت جامد همچنین چگالی انرژی بالاتری را در مقایسه با لیتیوم یونی نوید می‌دهند، که به عبارت ساده‌تر به این معنی است که می‌توانید برد بیشتری را از یک باتری حالت جامد هم اندازه با یک باتری لیتیوم یونی دریافت کنید.

چگالی توان اضافی همچنین وزن را کاهش می دهد زیرا می توانید باتری کوچکتر و سبک تری را در یک وسیله نقلیه قرار دهید و آن باتری عملکردی مشابه یک باتری لیتیوم یونی سنگین تر را به شما ارائه می دهد. نکته دیگری که باید در نظر گرفت مزایای بسته بندی است. باتری‌های حالت جامد فضای کمتری را اشغال می‌کنند و به سازندگان اجازه می‌دهند تا آنها را با کارایی بیشتری بسته‌بندی کنند، به‌ویژه برای خودروهای الکتریکی عملکردی که به دنبال کاهش مرکز جرم خودرو هستند.

باتری های حالت جامد چگونه کار می کنند؟

خوب، از نظر باتری بودن، آنها در واقع کاملاً شبیه باتری های لیتیوم یونی هستند. آنها الکتریسیته را از طریق حرکت یون ها بین کاتد و آند (یا الکترودها) ایجاد می کنند و جریان الکتریکی ایجاد می کنند که می تواند برای تغذیه موتور الکتریکی خودرو هدایت شود. اگر یون ها از الکترود مثبت (کاتد) به الکترود منفی (آند) جریان پیدا کنند، باتری در حال شارژ شدن است. اگر برعکس باشد، باتری انرژی آزاد می کند.

در باتری‌های لیتیوم یون سنتی، آند و کاتد یک لایه جداکننده میانی قرار می‌دهند که از مخلوط شدن الکترولیت‌های دو الکترود جلوگیری می‌کند. اما در باتری‌های حالت جامد، جداکننده وجود ندارد زیرا الکترولیت در واقع جامد است و باتری‌های سبک‌تر و بسته‌بندی بهتر را نوید می‌دهد. یون ها همچنان در الکترولیت جامد حرکت می کنند، اما چگالی بیشتر الکترولیت جامد چیزی است که چگالی انرژی بیشتری ارائه می دهد.

یکی دیگر از مزایای الکترولیت جامد خطرات ایمنی کمتر است زیرا در صورت سوراخ شدن تصادفی در یک حادثه، مایعی برای ریختن وجود ندارد و خطر آتش‌سوزی احتمالی از یک الکترولیت احتمالاً قابل اشتعال را کاهش می‌دهد.

باتری‌های حالت جامد به طور بالقوه می‌توانند چگالی انرژی بیشتری نسبت به باتری‌های لیتیوم یون معمولی داشته باشند، که می‌تواند به دلایل مختلفی نسبت داده شود. به گزارش MIT News، یکی از دلایل اصلی چگالی انرژی بیشتر باتری های حالت جامد از این واقعیت ناشی می شود که این باتری ها دارای الکترود ساخته شده از فلز لیتیوم خالص هستند.

دستاوردهای بالقوه در چگالی انرژی که باتری‌های حالت جامد فراهم می‌کنند از این واقعیت ناشی می‌شود که آنها امکان استفاده از فلز لیتیوم خالص را به عنوان یکی از الکترودها فراهم می‌کنند، که بسیار سبک‌تر از الکترودهای مورد استفاده فعلی ساخته شده از گرافیت تزریق شده با لیتیوم است.

کاتد و الکترولیت هر دو در یک باتری حالت جامد جامد هستند، که موفقیت دیگری است که به این باتری‌ها اجازه می‌دهد در مقایسه با باتری‌های معمولی چنین عملکرد شگفت‌انگیزی را نوید دهند.

آیا باتری های حالت جامد دارای اشکالاتی هستند؟

باتری های حالت جامد عالی به نظر می رسند، اما مطمئناً اینطور نیستند. هنگام بحث در مورد باتری های حالت جامد مواردی وجود دارد که باید در نظر بگیرید، و عاقلانه است که بدانید این فناوری در حال حاضر در کجا قرار دارد.

تفکیک پتانسیل فناوری از جایی که واقعاً در وضعیت فعلی آن قرار دارد بسیار مهم است. تحقیقات باتری های حالت جامد در حال انجام است و بدیهی است که این فناوری به اندازه باتری های لیتیوم یونی پیشرفته نیست، به همین دلیل است که آنها در Tesla، Chevy Bolt یا موارد دیگر در دسترس نیستند.

یکی از مشکلات عمده ای که باید بر آن غلبه کرد، حرکت یون ها از طریق جداکننده جامد است. به گفته Flash Battery، جداکننده باتری حالت جامد باید در دمای بالا کار کند تا به طور موثر کار کند.

یون ها ماده، اتم هستند و بنابراین منطقی است که در یک مایع راحت تر حرکت کنند، در حالی که یک جامد (یک جداکننده سرامیکی) باید ترکیب خاصی داشته باشد تا بتواند به یون ها اجازه حرکت آزادانه بدهد.

در حال حاضر جداکننده هایی با کارایی بالا از این نظر وجود دارد، اما فقط در دماهای بالا، زیرا الکترودهای جامد تنها در دمای بالای 50 درجه رسانای خوبی می شوند. این محدودیت به این معنی است که فناوری حالت جامد هنوز به سختی در وسایل نقلیه واقعی استفاده می شود، زیرا نمی توانیم فرض کنیم که باتری همیشه داغ است.

بدیهی است که هیچ فناوری از ابتدا کامل نیست و تحقیقات در زمینه باتری های حالت جامد ادامه دارد. اشکالات دیگری نیز وجود دارد، اما منابع زیادی برای یافتن راه حل هایی برای این مسائل متعهد شده اند.

فناوری باتری های حالت جامد در حال دریافت حمایت گسترده از صنعت خودروسازی است و این سرمایه گذاری ها آمادگی تولید این باتری ها را تسریع می کند. خط تولید خودروهای برقی فولکس‌واگن قطعا از این پیشرفت‌های احتمالی در فناوری باتری سود خواهد برد.

انتظار می رود به زودی باتری های حالت جامد را ببینید

سازندگان خودروهای برقی روی فناوری باتری حالت جامد شرط‌بندی می‌کنند و غول‌های خودروسازی که بودجه خود را برای تحقیق و توسعه فناوری باتری‌های حالت جامد اختصاص می‌دهند، تنها به تسریع زمان لازم برای عرضه آنها به بازار کمک می‌کند.

باتری‌های حالت جامد در مقایسه با باتری‌های لیتیوم یون سنتی مزایای بسیار زیادی را ارائه می‌کنند که نمی‌توان آن‌ها را نادیده گرفت. انتظار پیشرفت های بیشتری در فناوری باتری های حالت جامد در سال های آینده و تلاش گسترده ای برای رساندن این باتری ها به قابلیت تجاری برای استفاده در خودروهای الکتریکی داشته باشید.

منبع مقاله