الصين تبني ثورة البطاريات الصلبة من الجيل القادم مع إنجازات تكنولوجية

شنغهاي -- في تقدم كبير قد يعيد تشكيل مستقبل السيارات الكهربائية، حدد الباحثون الصينيون آلية خلف فشل بطارية الليثيوم الصلبة.

لقد جاءت في الوقت الذي صعدت فيه الصين لتصبح رائدة عالمية في صناعة بطاريات الليثيومللاعتماد على تكنولوجيات البطارية من الجيل القادم.

البطاريات الصلبة، التي تعتبر على نطاق واسع واحدة من أكثر الحلول الواعدة في العقد المقبل، يمكن أن تحدث ثورة في تخزين الطاقة.لا يزال التغلب على عقباتهم التقنية هو أكبر تحد حاليا.

العثور على السبب الجذري

على عكس الكهربائيات السائلة المستخدمة في البطاريات التقليدية، الكهربائيات الصلبة تكافح لاستيعاب الضغوط الناجمة عن توسع الليثيوم وتقلصه خلال دورات الشحن.

هذه الضغوطات يمكن أن تسبب الشقوق أو تشكيل التنفسات -- صغيرة،الهياكل الشبيهة بالإبرة التي يمكن أن تؤدي إلى حلقات قصيرة -- وبالتالي تشكل تحديات كبيرة لصناعة التكنولوجيا.

في دراستهم الجديدةوجد الباحثون من جامعة تونججي وجامعة هواجونغ للعلوم والتكنولوجيا أن فشل بطارية الحالة الصلبة يرتبط ارتباطا وثيقا بتعب دورة من أيود المعدن الليثيوم.

لاحظوا أيضاً أن هذا التعب يلتزم بمبادئ ميكانيكية محددة جيداً، مثل ثني مُؤخّرة لمُؤشر يضعفه حتى ينكسر أخيراً.

هذا الاكتشاف، نشرت يوم الجمعة في مجلة العلوم،يوفر إطارًا كميًا للتنبؤ بدورات عمر البطارية ويفتح مسارات جديدة لتصميم أنظمة تخزين الطاقة طويلة الأمد.

"يعترف العمل بأهمية التعب في أداء أنودات الليثيوم المعدنية في بطاريات الحالة الصلبة" ، لاحظ Jagjit Nanda و Sergiy Kalnaus ، اثنين من علماء البطاريات الأمريكيين ،من منظور البحث.

ثورة البطارية

هذا البحث يؤكد الاستثمارات الصينية المستمرة في مجال البحث والتطوير في الكيمياء الكهربائية في السنوات الأخيرة.هذه الاختراقات الآن تغذي الحافة الصناعية للصين وتهيئ المرحلة للبلاد لتكرار نجاحها في الثورة القادمة في تكنولوجيا البطارية.

البطاريات الصلبة، التي تستخدم الكهربائيات الصلبة بدلاً من البطاريات السائلة، تحقق كثافة طاقة أعلى بكثير (حتى 500 واط/كيلوغرام) من البطاريات الليثيوم أيون السائلة التقليدية (200-300 واط/كيلوغرام).هذا يوفر طاقة أكثر في نفس الحجم ويقلل من حجم البطارية.

كما أنها تمتلك استقرارًا حراريًا أفضل ، وعدم قابلية للاشتعال ، وعدم وجود خطر تسرب السائل ، مما يقلل بشكل كبير من خطر الإشتعال الذاتي والانفجار.

أويانغ مينغاو خبير في أنظمة الطاقة الجديدة وأستاذ في جامعة تسينغهواتوقع أن الوصول إلى كثافة طاقة 500 واط/كيلوغرام سيعتمد على التقدم الحاسم في علوم المواد، مع 2027 على وشك أن يكون عاما محوريا للابتكارات الرائدة.

وضعت شركتا CATL و BYD الصينيتين العملاقتين للبطاريات 2027 كهدف لهما لإنتاج بطاريات الحالة الصلبة على نطاق صغير.

تقوم الفرق العلمية بتكثيف تعاونها مع شركات البطاريات في الخطوط الأمامية لتسريع تسويق التقنيات.

وقع معهد شينشن للتكنولوجيا المتقدمة التابع لأكاديمية العلوم الصينية اتفاقية تعاون مع شركة BYD، مع التركيز على مجالات متطورة مثل بطاريات الحالة الصلبة.

توقع صن هواجون، مدير تكنولوجيا قسم البطاريات في بي واي دي، أن البطاريات الصلبة ستحقق تطبيقًا واسع النطاق حوالي عام 2030.

تكمن ميزة الصين في إنتاج الكتلة من البطاريات الصلبة بالكامل في صناعتها واسعة ومقاييس السوق.

"مع سلسلة الصناعة الأكثر اكتمالاً، أكبر سوق، وأكبر عدد من الباحثين، نحن واثقون للغاية من نهج الصين وخريطة الطريق لهذه التكنولوجيا"، قال زو سيجي،نائب رئيس شركة SAIC Motor.