ما الفرق بين بطارية الحالة شبه الصلبة وبطارية الحالة الصلبة؟
ما هي بطارية الحالة شبه الصلبة؟
تستخدم البطاريات شبه الصلبة تصميم هجين من إلكتروليت صلب وإلكتروليت سائل. لا يحتوي القطب الكهربائي على أي من جانبي البطارية على إلكتروليت سائل، ويحتوي القطب الكهربائي على الجانب الآخر على إلكتروليت سائل.
نسبة الإلكتروليت الصلب إلى الإلكتروليت السائل ليست واحد إلى واحد، ولكنها مقسمة وفقًا لنسبة الإلكتروليت السائل في خلية البطارية: سائل (25wt%)، وشبه صلب (5-10wt%)، وشبه صلب (0-5wt%)، وشبه صلب بالكامل (0wt%)
بالمقارنة مع بطاريات الليثيوم أيون الحالية، فإن البطاريات شبه الصلبة صغيرة الحجم، وأكثر استقرارًا وأمانًا، ويمكنها تحقيق كثافة طاقة أعلى، وأرخص بكثير من بطاريات الليثيوم أيون.
ما الفرق بين بطارية الحالة شبه الصلبة وبطارية الحالة الصلبة بالكامل؟
بطارية الحالة شبه الصلبة ليست كل بطارية الحالة الصلبة. جميع بطاريات الحالة الصلبة هي 100% خالية من الإلكتروليت السائل. على الرغم من أن بطارية الحالة شبه الصلبة وبطارية الحالة الصلبة متشابهتان من حيث المبدأ، إلا أن هناك اختلافات كبيرة بينهما:
مواد الإلكتروليت
بطاريات شبه صلبة: تستخدم مزيجًا من إلكتروليتات صلبة جزئيًا وإلكتروليتات سائلة جزئيًا. وعادةً ما يكون الإلكتروليت الصلب عادةً من السيراميك أو مادة البوليمر، بينما يكون الإلكتروليت السائل عبارة عن إلكتروليت سائل تقليدي. ويمكن لهذا المزيج تحسين التوصيلية الأيونية والاستقرار البيني للبطارية.
بطاريات صلبة بالكامل: استخدام إلكتروليتات صلبة بالكامل بدون مكونات سائلة. يمكن أن تكون الإلكتروليتات الصلبة من السيراميك أو البوليمرات أو غيرها من المواد الصلبة، مع ثبات وأمان عالٍ.
السلامة
بطاريات شبه صلبة: بالمقارنة مع البطاريات التقليدية ذات الإلكتروليت السائل، تم تحسين السلامة لأن الإلكتروليتات الصلبة جزئياً يمكن أن تقلل من خطر تسرب الإلكتروليتات السائلة. ومع ذلك، نظرًا لأنها لا تزال تحتوي على مكونات سائلة، فإن سلامتها ليست جيدة مثل البطاريات الصلبة بالكامل.
بطاريات صلبة بالكامل: نظرًا لاستخدام الإلكتروليتات الصلبة بالكامل، يتم التخلص من خطر تسرب واحتراق الإلكتروليتات السائلة، وتكون السلامة هي الأعلى.
كثافة الطاقة
بطاريات شبه صلبة: لديها كثافة طاقة أعلى لأن الشوارد الصلبة جزئيًا يمكن أن تحسن الاستقرار الكلي وكفاءة الشحن والتفريغ للبطارية، ولكن نظرًا لأنها لا تزال تحتوي على مكونات سائلة، فإن كثافة الطاقة ليست عالية مثل البطاريات الصلبة بالكامل.
بطاريات صلبة بالكامل: نظرًا لاستخدام الإلكتروليتات الصلبة بالكامل، يمكن تحقيق كثافة طاقة أعلى، وتتجاوز كثافة الطاقة المحتملة بكثير كثافة الطاقة المحتملة لبطاريات الإلكتروليت السائل التقليدية والبطاريات شبه الصلبة.
التصنيع والتكلفة
بطارية شبه صلبة: عملية الإنتاج بسيطة نسبيًا، لأن جزءًا من عملية التصنيع يمكن استخدامه في خط إنتاج بطاريات الإلكتروليت السائل الموجود، وبالتالي فإن التكلفة أقل من تكلفة بطارية الحالة الصلبة بالكامل.
بطارية صلبة بالكامل: عملية التصنيع معقدة والتكنولوجيا صعبة. تكلفة الإنتاج الحالية مرتفعة، ولكن مع تقدم التكنولوجيا والإنتاج على نطاق واسع، من المتوقع أن تنخفض التكلفة.
ما هي فوائد البطاريات شبه الصلبة؟
1. كثافة طاقة عالية
من المعترف به عمومًا أن الحد الأعلى لكثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم أيون السائلة يبلغ حوالي 300 واط ساعة/كجم - 400 واط ساعة/كجم. وتصل كثافة الطاقة النظرية لبطاريات الحالة الصلبة إلى 700 واط ساعة/كجم، أي ما يقرب من ضعف بيانات بطاريات الليثيوم الأكثر تقدماً حالياً.
2. التغلب على مشكلة التوهين الحراري
تُستخدم الإلكتروليتات الصلبة في البطاريات شبه الصلبة، ولن تؤثر الإلكتروليتات الصلبة على أداء البطارية بسبب درجات الحرارة المنخفضة. وهذا يحل بفعالية مشكلة الخصم من عمر البطارية في الشتاء بالنسبة للسيارات الكهربائية النقية.
3. سلامة أعلى
لا تحتوي البطاريات شبه الصلبة أو بطاريات الحالة الصلبة على مواد سائلة، أو يتم تقليل المواد السائلة بشكل كبير. ولذلك، عند حدوث تلف أو ثقب، فإنها تتجنب بشكل فعال الاحتراق التلقائي أو الانفجار.
4. عمر خدمة أطول
ووفقًا للبيانات المتاحة، تتمتع بطارية الحالة شبه الصلبة الحالية بمعدل احتفاظ بالسعة يزيد عن 85% بعد 2000 دورة في درجة حرارة الغرفة. في ظل الظروف نفسها، يبلغ معدل احتفاظ البطاريات السائلة العادية بالقدرة حوالي 80% فقط بعد 1200 دورة.
من أين تأتي تكنولوجيا بطاريات الحالة شبه الصلبة؟
تُعد تقنية الحالة شبه الصلبة أشبه بمنتج متوسط المدى في أبحاث بطاريات الحالة الصلبة بالكامل. بطاريات الحالة الصلبة لا تزال تواجه العديد من المشاكل من حيث الحجم والتسويق والتكلفة.
تختار العديد من شركات البطاريات تسريع البحث والتطوير للبطاريات شبه الصلبة أولاً. وعلى الرغم من ذلك، لا يزال هناك بعض الأشخاص الذين يعتقدون أن بطاريات الحالة الصلبة سيكون من الصعب تسويقها في نهاية المطاف, والبطاريات شبه الصلبة هي بالفعل الحل الأمثل للسيارات الكهربائية.
في 17 ديسمبر 2023، بثت NIO بثاً مباشراً لاستخدام بطارية شبه صلبة بقدرة 150 كيلووات في الساعة لإكمال تحدي قطع مسافة 1000 كيلومتر.
ووفقًا للمعلومات التقنية المنشورة حاليًا، يعتمد الإلكتروليت الصلب المستخدم في بطاريات الحالة الصلبة على معادن نادرة وعمليات معقدة، وهو السبب الرئيسي الذي يؤثر على التكلفة.
وتختلف بطاريات الحالة شبه الصلبة عن بطاريات الليثيوم الناضجة في حوالي 201 تيرابايت في 6 تيرابايت فقط من العملية. وهي تعتمد على تحويل خطوط إنتاج البطاريات الحالية ويمكن إنتاجها بكميات كبيرة بشكل أسرع. ولذلك، من حيث الكفاءة الاقتصادية وسرعة التصنيع، فإن تكنولوجيا الحالة شبه الصلبة هي الأفضل حاليًا للمؤسسات.
كيفية عمل بطاريات الحالة شبه الصلبة
مثل جميع البطاريات، تطلق البطاريات شبه الصلبة تياراً من خلال تفاعلات كيميائية بين مواد القطب الموجب والسالب. عادةً ما تحتوي البطاريات شبه الصلبة على إلكتروليتات أقرب إلى الهلام. في بطاريات الليثيوم التقليدية، تكون أقطاب الليثيوم الموجبة والسالبة "مستودعات للطاقة"، ويكون الإلكتروليت بمثابة "قناة" تسمح لأيونات الليثيوم بالتحرك بحرية بين الأقطاب الموجبة والسالبة. ولذلك، تسمى أيضاً بطارية سائلة.
حققت البطاريات شبه الصلبة ابتكارات في مواد الأقطاب الكهربائية. فهي تستخدم "الطين" الذي يتكون عن طريق خلط جزيئات مركب الليثيوم الدقيقة مع إلكتروليت سائل كمواد للإلكترود. ويسمح هذا التصميم الهجين للبطارية بالحفاظ على السلامة العالية لبطاريات الحالة الصلبة مع وجود معدل نقل أيونات عالي للبطاريات السائلة.
هل المواد شبه الصلبة متوفرة بالفعل تجارياً؟
بدأت بعض الشركات إنتاجها على نطاق صغير وطبقتها على الإلكترونيات الاستهلاكية والسيارات الكهربائية.
على سبيل المثال، أطلقت العلامة التجارية الصينية للسيارات Zhiji بطارية شبه صلبة هذه المرة. ووفقاً للوصف الرسمي، تحتوي البطارية على كل من الشوارد الصلبة والشوارد السائلة.
في الواقع، ليست شركة Zhiji أول شركة سيارات الطاقة الجديدة التي تقوم بتركيب بطاريات شبه صلبة. ففي نهاية العام الماضي، أجرت شركة NIO اختباراً حياً طويلاً لسيارة NIO ET7 المزودة ببطارية شبه صلبة بقدرة 150 كيلو وات في الساعة، وتجاوز المدى الفعلي 1044 كم.
ومع ذلك، لا توجد حتى الآن تطبيقات تستخدم بطاريات شبه صلبة يمكن شراؤها. لم تطلق NIO في أبريل 2024 سوى في أبريل 2024 حدث تأجير بطاريات شبه صلبة بسعة 150 كيلووات في الساعة.
AR 
EN 
ES 
DE 
PT 
KU 
ID 
RU 
SL 
KO 
FR 
IT 
BG 
NL 
CS 