آفاق تطوير بطاريات الحالة الصلبة لسيارات الطاقة الجديدة

برزت بطاريات الحالة الصلبة كمجال محوري للتركيز للمطورين والمستثمرين في قطاع الطاقة المتجددة ، مما يعد بتأثير تحويلي على مستقبل تخزين الطاقة. تستخدم تقنية البطارية المبتكرة هذه الشوارد الصلبة لتسهيل التوصيل الأيوني بين الأقطاب الكهربائية ، وتمييزها عن البطاريات التقليدية القائمة على البوليمرات السائلة أو البوليمر. منذ بداية هذا العام ، حصلت بطاريات الحالة الصلبة على اهتمام كبير واستثمار كبير ، كما يتضح من التوسع السريع في الطاقة الإنتاجية وأنشطة البحث.

واحدة من المزايا الأساسية لبطاريات الحالة الصلبة تكمن في ملفهم السلامة المتفوق. على عكس الشوارد السائلة ، التي يمكن أن تكون قابلة للاشتعال وعرضة للتسربات ، توفر الشوارد الصلبة الاستقرار الحراري المعزز ، غير القابلية للمرح ، وخصائص العزل الممتازة. هذا يجعل بطاريات الحالة الصلبة بديلاً أكثر أمانًا ، وتوافق بشكل جيد مع المتطلبات المتزايدة لميزات السلامة المعززة في السيارات الكهربائية (EVs) والتطبيقات الأخرى.

علاوة على ذلك ، تحمل بطاريات الحالة الصلبة القدرة على زيادة كثافة الطاقة بشكل كبير. أثارت القيود الحالية لبطاريات ليثيوم أيون السائل ، والتي تقترب من سقوف كثافة الطاقة النظرية ، حاجة إلى حلول مبتكرة. يمكن أن تحقق بطاريات الحالة الصلبة ، من خلال التطورات في كل من مواد الإلكترود وهيكل البطارية ، كثافة الطاقة التي تتجاوز 500 واط ساعة لكل كيلوغرام (WH/KG) ، مما قد يخترق حواجز كثافة الطاقة في التقنيات الحالية.

تم الانتقال من الأبحاث المختبرية إلى إنتاج النطاق التجريبي ، حيث أعلن العديد من الشركات المصنعة للبطاريات الرائدة عن خطط إنتاج البطاريات الصلبة. على سبيل المثال ، ذكرت شركة Amperex Technology Co. Limited المعاصرة (CATL) عزمها على زيادة الاستثمار في بطاريات الحالة الصلبة ، واستهداف الإنتاج على نطاق صغير بحلول عام 2027. وبالمثل ، قامت Sunwoda بتطوير بطاريات الحالة الصلبة منذ عام 2015 وتعمل على بطاريات الجيل الأول مع 400 WH/KG والحيوانات الثانية من الجيل الثاني مع 500 WH/KG.

يستعد سوق بطاريات الحالة الصلبة للنمو الكبير ، حيث تشير التقديرات إلى أن التسويق على نطاق واسع قد يبدأ في وقت مبكر من عام 2026. وبحلول عام 2030 ، من المتوقع أن تصل الشحنات العالمية لبطاريات الحالة الصلبة إلى 614.1 جيجاوات في ساعة (GWH) ، حيث تمثل ما يقرب من 10 ٪ من سوق البطارية الليثيوم وتوليد حجم سوق RMB 250. هذا التوسع السريع في السوق مدفوعًا بالتطورات في أنظمة المواد ، بما في ذلك الشوارد والكاثودات والأنودات ، التي تخضع لترقيات تكرارية لتلبية المتطلبات الفريدة لبطاريات الحالة الصلبة.

من الناحية التكنولوجية ، يمكن تصنيف بطاريات الحالة الصلبة إلى ثلاثة أنواع رئيسية: البوليمر والأكسيد والكبريتيد. تتمتع بطاريات الحالة الصلبة القائمة على البوليمر بأكثر التكنولوجيا نضجًا ، لكن سقوف الأداء الخاصة بها تشكل تحديًا للتجاوز. توفر البطاريات المستندة إلى الأكسيد أداءً متوازنًا ولكنها تأتي مع ارتفاع تكاليف الإنتاج. البطاريات القائمة على الكبريتيد ، من ناحية أخرى ، تظهر إمكانات تجارية عالية ولكنها تشكل تحديات بحثية كبيرة. أما بالنسبة للمواد الإلكترود ، فإن الأنودات المستندة إلى السيليكون هي حل قصير إلى متوسطة ، في حين يُنظر إلى المعدن الليثيوم على أنه الهدف النهائي لأنيود بطارية الحالة الصلبة.

تدعم الحكومات في جميع أنحاء العالم أيضًا تطوير تكنولوجيا بطارية الحالة الصلبة من خلال حوافز السياسة والتمويل. اليابان ، مع بدايتها المبكرة في أبحاث الإلكتروليت الصلبة القائمة على الكبريتيد ، تشغل موقعًا رائدًا. في الولايات المتحدة ، تقوم الشركات الناشئة مثل الطاقة الصلبة ، والكبابي الكمومي ، والطاقة العليا ، بالابتكار ، والتعاون مع شركات صناعة السيارات الأوروبية لزيادة الإنتاج. تفتخر الصين بمجموعة متنوعة من المشاركين ، بما في ذلك شركات تصنيع EV ومنتجي البطاريات والشركات الناشئة وموردي المواد ، مما يخلق نظامًا إيكولوجيًا شاملاً للبطارية الصلبة.

في الختام ، فإن التوقعات لبطاريات الحالة الصلبة في قطاع الطاقة المتجددة واعدة. مع تقدم كبير في التكنولوجيا ، وزيادة الاستثمارات ، والسياسات الحكومية الداعمة ، فإن بطاريات الحالة الصلبة تستعد لإحداث ثورة في تخزين الطاقة ، مما يوفر حلولًا أكثر أمانًا وعالي الكثافة تلبي احتياجات السوق المتطورة.