ما هي الفروقات والمزايا بين بطاريات الحالة الصلبة وبطاريات الليثيوم التقليدية؟

الفروقات التقنية الأساسية

تستخدم البطاريات الليثيوم أيون التقليدية محاليل كهروlyte سائلة، لكن بطاريات الحالة الصلبة تختلف. فهي تحل محل هذا الكهروlyte السائل بمادة صلبة من السيراميك أو البوليمر. هذه التغييرات في الهيكل تتخلص من المكونات التي يمكن أن تشتعل فيها النيران. وفي الوقت نفسه، تسمح بتصاميم خلايا أكثر تنظيمًا. كما أن البطاريات الليثيوم التقليدية غالبًا ما تحتوي على أقطاب سالبة من الجرافيت، بينما تستخدم بطاريات الحالة الصلبة غالبًا أقطاب سالبة من معدن الليثيوم. وهذا يساعد بطاريات الحالة الصلبة على تخزين المزيد من الطاقة بنفس المساحة.

كثافة الطاقة ومزايا الأداء

بما أن البطاريات ذات الحالة الصلبة لا تحتوي على موصلات كهربائية سائلة، يمكنها تجميع المواد الكهروضوئية بكفاءة أكبر بكثير. وبنتيجة لذلك، تكون كثافة الطاقة الخاصة بها من 2 إلى 3 مرات أعلى من بطاريات الليثيوم أيون. ماذا يعني هذا؟ حسنًا، بالنسبة للأجهزة، يعني ذلك أنها يمكن أن تعمل لفترة أطول. وفي التطبيقات مثل المركبات الكهربائية، يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقليل كبير في الوزن. وقد أظهرت الأبحاث الحديثة أن الخلايا الصلبة النموذجية يمكن أن تصل إلى كثافة طاقة تبلغ 500 واط ساعة/كجم. بالمقارنة، فإن بطاريات الليثيوم أيون عالية الجودة عادةً ما تكون كثافتها الطاقوية بين 250-300 واط ساعة/كجم.

خصائص الأمان المحسنة

تُزيل بطاريات الحالة الصلبة المحاليل العضوية القابلة للاشتعال. ولذلك، فإنها تتمتع بثبات حراري أفضل بكثير، حتى في الظروف المتطرفة. وقد وجدت اختبارات الإجهاد المعملية أن هذه البطاريات يمكنها الحفاظ على هيكلها حتى 200°م. من ناحية أخرى، تكون بطاريات الليثيوم أيون عرضة لانبعاث الحرارة غير الخاضع للرقابة عندما يصل درجة الحرارة إلى 150°م. يجعل هذا الميزة السلامة المدمجة بطاريات الحالة الصلبة مناسبة جدًا للتطبيقات حيث يكون منع الفشل أمرًا بالغ الأهمية، مثل زراعة الأجهزة الطبية وأنظمة الطيران والفضاء.

سرعة الشحن وعمر الدورة

يمكن لبعض نماذج بطاريات الحالة الصلبة المتقدمة الوصول إلى 80% من سعتها الشحنية في أقل من 15 دقيقة. كما أنها لا تعاني من مشكلة طبقة الليثيوم التي يمكن أن تضر بالبطاريات الليثيوم التقليدية. تكون واجهة الإلكتروليت الحالة الصلبة (SEI) في بطاريات الحالة الصلبة مستقرة للغاية. يمكنها المرور بأكثر من 5,000 دورة شحن بينما لا تزال تحتفظ بما يزيد عن 90% من سعتها. هذه الصلاحية طويلة الأمد مهمة جدًا لأنظمة تخزين الطاقة التي تحتاج إلى الشحن والتفريغ بشكل عميق يوميًا ومن المتوقع أن تدوم لعقود.

المزايا الخاصة بكل تطبيق

يمكن أن تستفيد المركبات الكهربائية كثيرًا من البطاريات ذات الحالة الصلبة. باستخدام نفس مساحة حزم البطاريات، يمكنها زيادة مدى القيادة بنسبة 30 - 50%. بالإضافة إلى ذلك، يتم تقليل خطر الاشتعال. يمكن للأجهزة الطبية المحمولة العمل لفترة أطول بين الشحنات دون التضحية بمعايير السلامة. يمكن للبطاريات ذات الحالة الصلبة تحمل نطاق واسع من درجات الحرارة، من -40°C إلى 120°C. مما يجعلها موثوقة للاستخدام في المعدات الصناعية التي تتعرض لظروف بيئية قاسية.

الاعتبارات المتعلقة بالتأثير البيئي

تتميز البطاريات ذات الحالة الصلبة بتصميم خلوي أكثر بساطة. وهذا يعني أنها لا تحتاج إلى كمية كبيرة من الكوبالت والمعادن الأخرى المستخدمة في صراعات المعادن، والتي تُستخدم عادةً في إنتاج بطاريات الليثيوم أيون. توفر استقرار الإلككترولويت الصلب عملية إعادة التدوير بشكل أمن ويسمح باسترجاع أعلى نسبة من المواد. كما يحقق المصنعون تقدمًا في تقليل استهلاك الطاقة، حيث يهدفون إلى استخدام 40% أقل من الطاقة مقارنة بطرق إنتاج البطارية التقليدية.