باتری های حالت جامد

ظهور باتری لیتیوم یونی که همه چیز را از کوچک‌ترین وسایل الکترونیکی شخصی گرفته تا سیستم‌های ذخیره انرژی عظیم را تامین می‌کند، چیزی انقلابی نبوده است. اما همانطور که هر کسی که در دهه گذشته سوار هواپیما شده است می تواند به شما بگوید، ذخیره و پمپاژ انرژی با حرکت یون های لیتیوم شارژ شده از طریق سوپ الکترولیت مایع دارای معایبی است، از جمله اینکه باتری ها تمایل به آتش گرفتن دارند.

باتری حالت جامد را وارد کنید، که مایع را با یک سرامیک جامد یا پلیمر تعویض می‌کند، و پک‌های برقی را ایجاد می‌کند که سریع‌تر شارژ می‌شوند، دوام بیشتری دارند، انرژی بیشتری را در فضاهای کوچک‌تر جمع می‌کنند و (به طور مهمی) خنک‌تر عمل می‌کنند. نسل جدیدی از شرکت‌ها قصد دارند چنین باتری‌هایی را به بازار بیاورند و اگر شرط‌بندی‌هایشان به نتیجه برسد، این فناوری می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی تغییر مسیر از سوخت‌های فسیلی را کاهش دهد.

نقاط چسبنده

اکنون بیش از یک دهه است که باتری‌های حالت جامد «فقط چند سال دیگر» دورتر شده‌اند. در آزمایشگاه ها، این فناوری کار می کند. اما چالش هایی وجود داشته است. در طرح‌هایی که الکترولیت جامد را با آند لیتیوم-فلزی جفت می‌کنند (سمت باتری که الکترون‌ها را در یک مدار الکتریکی آزاد می‌کند)، رشته‌های سوزنی‌مانند به نام دندریت در طول شارژ رشد می‌کنند و در نهایت از الکترولیت عبور می‌کنند و سلول را کوتاه می‌کنند.

الکترولیت های جامد قرار است به طور فیزیکی مانع تشکیل دندریت ها شوند، اما بسیاری از آنها با شکستن برجستگی های درخت مانند مانند ریشه های یک پایه بتنی، ترک می خورند.

سپس مشکل تولید در مقیاس وجود دارد. تولید انبوه به مقادیر زیادی ورقه های بدون نقص از مواد سرامیکی مانند برای ساخت الکترولیت ها و همچنین اتاق های خشک برای مونتاژ نیاز دارد، زیرا این الکترولیت ها تمایل به واکنش با آب دارند. سازندگان بالقوه طیفی از قیمت‌های بالقوه را برای باتری‌های حالت جامد اعلام می‌کنند، اما بیشتر آنها انتظار دارند که در اواسط دهه 2030 مطابق با بسته‌های لیتیوم یونی باشند.

پیشرفت

با توجه به فناوری نوپا، باتری‌های حالت جامد قبلا شاهد اشتباهات برجسته‌ای بوده‌اند. اما یکی از پیشرفته‌ترین شرکت‌های تولید باتری‌های حالت جامد آمریکا می‌گوید که در حال نزدیک شدن به عرضه محصول خود به بازار است. QuantumScape تحت حمایت بیل گیتس در سال 2010 در دره سیلیکون راه اندازی شد و باتری خود را حول دسته ای از مواد سرامیکی ساخت که می گوید با لیتیوم سازگار است - به این معنی که تشکیل دندریت ندارد. تیم هولم، موسس و مدیر ارشد فناوری QuantumScape، می‌گوید: «پس ما حدود 10 سال وقت گذاشتیم تا یاد بگیریم چگونه آن را پردازش کنیم تا تمام نیازهای دیگر را برآورده کنیم.

در سال 2025، این استارت آپ یک روش تولید اختصاصی و در مقیاس بزرگ را برای تولید سریع و عملیات حرارتی الکترولیت های سرامیکی مورد استفاده در باتری های خود اعلام کرد. هولم ادعا می کند: "هیچ کس قبلا این کار را در زمینه سرامیک انجام نداده است." برای 10000 سال، تولید سرامیک شامل پخت آهسته مواد اولیه در کوره در طول چند روز بوده است. او می‌گوید: «ما راهی برای کاهش آن به چند دقیقه پیدا کردیم.

بسیاری از شرکت های دیگر نیز در حال پیشبرد فناوری هستند. تویوتا، بزرگ‌ترین خودروساز جهان، در سال 2010 یک برنامه تحقیقاتی در مورد باتری‌های حالت جامد راه‌اندازی کرد. اکنون با شرکت جهانی انرژی و نفت Idemitsu Kosan در یک کارخانه آزمایشی مشارکت می‌کند و خودروهایی را وعده می‌دهد که می‌توانند پس از 10 دقیقه یا کمتر شارژ تا 745 مایل را طی کنند - در صورت کارآمدی، یک جهش بزرگ. در چین، CATL، غول پشت سر تقریبا 40 درصد از بازار جهانی باتری، به شدت به دنبال باتری‌های حالت جامد نیز است و تنها در سال 2024 نزدیک به 2.6 میلیارد دلار را به یک برنامه تحقیقاتی اختصاص داده است.

در همین حال مرسدس پاییز گذشته یکی از سدان های EQS خود را به باتری های حالت جامد مجهز کرد. پس از رانندگی بی وقفه برای 750 مایل، ماشین هنوز مقداری برد داشت.

آیا فناوری کشش را به دست خواهد آورد؟ سرمایه گذاری در باتری خودرو با توجه به اندازه بازار بالقوه منطقی است. اما هر گونه افزایش کمی در هزینه معمولا به خریداران منتقل می شود، بنابراین اولین باتری های EV حالت جامد به ناچار گران تر خواهند بود.

خریداران ذخیره‌سازی شبکه‌ای که برای برآورده کردن تقاضاهای فزاینده‌ای که مراکز داده کار می‌کنند، ممکن است در خرید فناوری‌های جدیدی که هنوز از منحنی هزینه پایین نیامده‌اند، تردید کنند. سپس، وعده ذخیره انرژی که بیشتر از هشت ساعت معمولی لیتیوم یون طول می کشد، می تواند متقاعد کردن آنها را آسان تر کند.

برخی از شرکت‌ها صفحه‌ای از کتابی را انتخاب می‌کنند که توسط لباس‌هایی که به دنبال فیوژن هستند: تمرکز بر بازارهای کوتاه‌مدت با حاشیه بهتر برای کمک به توسعه بودجه و کاهش هزینه‌ها. شرکت‌های ایالت جامد از جمله Solid Energies مستقر در کالیفرنیا و Sion Power که مقر آن در آریزونا است، به دنبال فروش باتری به صنعت هوانوردی یا ارتش هستند. Evelina Stoikou، تحلیلگر ارشد فناوری باتری و زنجیره تامین در مشاور BloombergNEF می‌گوید: «این بخش‌ها نسبت به هزینه حساس‌تر هستند و معمولا به حجم کمتری نیز نیاز دارند.

"این یک راه خوب برای اثبات مفهوم خود است، سپس به کارخانه آزمایشی که در آن می توانید آن را بسازید و سرمایه گذاری کنید و در نهایت افزایش دهید."

متر پیشرفت ………… 7

فن آوری کار می کند، سرمایه وجود دارد و تقاضا از آن عقب نیست. اما مانند هر چیزی در تولید، ناشناخته های ناشناخته باقی مانده است.