شركة ناشئة تسعى لزيادة كمية الطاقة في بطاريات السيارات الكهربائية

على الرغم من تزايد شعبية السيارات الكهربائية، فإنها ما تزال محدودة المدى، فسيارة تسلا موديل 3 تستطيع السير مسافة 560 كيلومتراً تقريباً قبل أن تحتاج إلى إعادة شحن، كما أن المخاوف المتعلقة بالسلامة ما تزال مخيمة على بطاريات الليثيوم أيون التي تهيمن على السوق.

وفي سعي منها لبناء بطاريات خاصة بالسيارات الكهربائية لنقلنا بأمان إلى أماكن أبعد، تعمل الشركة الناشئة "سوليد باور" (Solid Power) على صنع بطاريات صلبة تستطيع ضغط المزيد من الطاقة ضمن حجم أصغر.

تكنولوجيا البطاريات الصلبة

وقد اتخذت الشركة خطوة للبدء باختبار تكنولوجياتها في السيارات، حيث أطلقت خطاً تجريبياً كبيراً لتصنيع خلايا البطارية التي تحل محل السائل المستخدم كإلكتروليت (كهرل) في بطاريات الليثيوم أيون ذات طبقات السيراميك. ويبلغ حجم الخلايا كاملة الحجم، والتي سينتجها خط الإنتاج التجريبي، حجم حاسوب محمول صغير تقريباً، وهو نفس حجم البطاريات التي ستُحزم معاً للعمل في السيارة الكهربائية.

ما زالت تكنولوجيا البطاريات الصلبة على بعد سنوات كاملة من الاستثمار التجاري الفعلي، وتخطط سوليد باور لزيادة إنتاجها السنوي إلى مستوى يكفي 800,000 سيارة بحلول العام 2028، ولكن إذا أثبتت هذه التكنولوجيا أنها عملية، فقد تؤدي البطاريات إلى تحسين أداء السيارات الكهربائية بدرجة كبيرة.

ولكن سوليد باور لن تقوم بتصنيع وبيع البطاريات الكاملة في المستقبل. وبدلاً من هذا، ستؤمن مادة الإلكتروليت الصلب لصانعي البطاريات الآخرين، كما يقول الرئيس التنفيذي دوغ كامبيل.

يقوم الإلكتروليت بنقل الشحنة في أرجاء البطارية أثناء الشحن أو التفريغ. وفي بطاريات الليثيوم أيون التي تعتمد عليها السيارات الكهربائية حالياً، فإن الإلكتروليت عبارة عن سائل، أما البطاريات الصلبة فتعتمد على طبقة صلبة من الإلكتروليت بشكل محشور بين الطبقات الأخرى للبطارية لنقل الشحنات.

وتؤدي هذه الطريقة إلى فتح احتمالات وخيارات جديدة للبنية الكيميائية للبطارية. وعلى وجه الخصوص، فإن الكيمياء التي تعتمد على معدن الليثيوم والسيليكون غير مستقرة أو غير آمنة عند جمعها مع إلكتروليت سائل في الخلية، ولكن يمكن استخدامها من الناحية النظرية عند استخدام إلكتروليت صلب بدلاً منه.

وستكون النتيجة عبارة عن بطارية تتسع لمزيد من الطاقة ضمن حجم أصغر، ما يعني أن السيارات ستتمكن من السير مسافة أبعد قبل أن تحتاج إلى الشحن. ويمكن لبطاريات سوليد باور في نهاية المطاف أن تحسن من كثافة الطاقة في بطاريات الليثيوم أيون بنسبة النصف تقريباً، كما يقول كامبيل، بحيث تستطيع السيارة التي يبلغ مداها 560 كيلومتراً تمديد هذا المدى إلى ما يزيد على 800 كيلومتراً.

ويضيف كامبيل أن التخلي عن السائل سيزيد من سهولة بناء خلايا أكثر أماناً. وعلى الرغم من أن بطاريات الليثيوم أيون مصممة بأنظمة حماية لضمان منع اشتعالها أو انفجارها، فإن إزالة السائل ستسمح بدورها بإزالة هذه الإضافات المكلفة. كما يمكن أن تصبح مجموعات البطاريات، والمؤلفة من العديد من الخلايا، أكثر كثافة، لأن أنظمتها الداخلية للحماية والتحكم بالحرارة ستكون أصغر حجماً.

يقول لي تشينغ، وهو كيميائي وباحث مختص بالبطاريات في قسم المواد في مختبر أرغون الوطني، إن فكرة التخلي عن الإلكتروليت السائل في البطارية ليست بالفكرة الجديدة. ولكن، وعلى مدى سنوات، كان أغلبية الباحثين في مجال البطاريات الصلبة يركزون على استخدام البوليمرات العضوية، مثل أوكسيد البولي إيثلين.

وهذه المواد زهيدة الثمن وسهلة التصنيع، ولكن أداءها لم يصل حتى الآن إلى درجة مرضية. ولهذا، قررت عدة مجموعات بحثية وشركات ناشئة، مثل "كوانتوم سكيب" (QuantumScape) أن تتخذ خطوات عملية للاستثمار التجاري للبطاريات الصلبة التي تستخدم مواد مثل الكبريتيدات والأكاسيد، والتي تتميز بناقلية أفضل.

تحديات تطفو على السطح!

ولكن ما زالت هناك بعض التساؤلات حول قدرة الشركات التي تصنع الإلكتروليتات الصلبة على إنتاجها على نطاق واسع. فالمواد غير العضوية، مثل الكبريتيدات التي تستخدمها سوليد باور، قد تكون هشة ولا يمكن تحريكها بسهولة على خطوط الإنتاج خلال عملية التصنيع عند صنعها بشكل طبقات رقيقة، كما يقول تشينغ.

ومن المشكلات الأخرى المتعلقة بالبطاريات الصلبة إمكانية تحملها للتردي مع مرور الوقت، خصوصاً ضد التفرعات الشجيرية، وهي بنى شبيهة بالجذور يقوم الليثيوم بتشكيلها مع مرور الوقت ضمن البطاريات، ويمكن أن تؤدي إلى تراجع أدائها.

يقول جيف تشامبرلين، وهو الرئيس التنفيذي لشركة "فولتا إينيرجي تكنولوجيز" (Volta Energy Technologies)، وهي من أهم المستثمرين في سوليد باور، إن الشركة تواجه تحديات كبيرة في رفع مستوى إنتاجها. ولكن اهتمام فولتا بسوليد باور لا يعود فقط إلى التكنولوجيا الواعدة، بل إلى تفكير الفريق برفع مستوى الإنتاج منذ بداية العمل أيضاً، كما يقول تشامبرلين. وكما يقول: "أفضل التكنولوجيات هي التكنولوجيات القابلة للتصنيع".

ويبقى أن نرى ما إذا كانت البطاريات الصلبة ستجد طريقها إلى هذه الفئة من التكنولوجيات.