باتری حالت جامد برای خودروهای برقی چیست؟

فناوری خودروهای الکتریکی با سرعتی سرگیجه‌آور در حال حرکت است. اولین نیسان لیف، که در سال 2011 راه اندازی شد، مسافتی معادل 109 مایل داشت و قیمت آن یک سوم بیشتر از یک هچ بک بنزینی معادل بود. و تقریباً یک ساعت طول کشید تا شارژ شود، حتی در سریعترین نقاط. اکنون یک خودروی معادل مانند MG4 ارزان‌تر از لیف در سال 2011 است، برد آن دو برابر شده و در نیمی از زمان شارژ می‌شود.

اما بزرگترین انقلاب در فناوری خودروهای الکتریکی هنوز در راه است. باتری‌های حالت جامد یک تغییر واقعی بازی هستند و اتومبیل‌های الکتریکی را ارزان‌تر، ایمن‌تر، سریع‌تر شارژ می‌کنند، ماندگاری بیشتر و برد بسیار بیشتری دارند.

سازندگان خودرو می‌گویند که حداقل دو برابر چگالی انرژی باتری‌های لیتیوم یون فعلی، زمان شارژ بسیار کوتاه‌تر، و همه با هزینه کمتر ارائه خواهند کرد.

باتری حالت جامد چیست؟

قبل از صحبت در مورد حالت جامد، مهم است که محدودیت های فناوری فعلی را درک کنید. رایج ترین نوع باتری مورد استفاده در خودروهای الکتریکی در حال حاضر لیتیوم یون نام دارد. شبیه بسته های موجود در لپ تاپ ها و تلفن های همراه است و از مایعی به عنوان الکترولیت بین آند و کاتد استفاده می کند. هنگامی که شارژ می شود، یون های لیتیوم که انرژی را نگه می دارند از طریق مایعی به نام الکترولیت از کاتد به آند حرکت می کنند. وقتی موتور به حرکت در می‌آید، این حالت برعکس می‌شود و باتری خالی می‌شود. باتری های بزرگتر و با ظرفیت بالا حاوی لیتیوم بیشتری هستند و بنابراین برد بیشتری دارند.

با این حال، مایعی که به عنوان الکترولیت استفاده می‌شود، سرعت حرکت یون‌های لیتیوم را هنگام گرم شدن با شارژ یا تخلیه سریع، محدود می‌کند. به همین دلیل است که اکثر خودروهای الکتریکی مدرن از سیستم خنک کننده استفاده می کنند تا آنها را در دمای کارکرد ایمن زیر 60 درجه سانتیگراد نگه دارند.

اگر الکترولیت خیلی داغ شود، به تدریج به باتری آسیب می رساند و ظرفیت آن را کاهش می دهد – این به عنوان تخریب شناخته می شود. به همین دلیل است که تلفن‌ها و سایر دستگاه‌های ما با بزرگ‌تر شدن ظرفیت خود را از دست می‌دهند، اگرچه از دست دادن ظرفیت در خودروها بسیار کندتر است زیرا از گرمای بیش از حد محافظت می‌کنند.

اگر الکترولیت مایع در آب و هوای شدید خیلی سرد شود، مشکلی ایجاد می‌کند، زیرا به مواد شیمیایی ظریف آسیب می‌رساند و باعث حرکت کندتر انرژی می‌شود.

مشکل دیگری نیز وجود دارد – حلال مورد استفاده در الکترولیت بسیار قابل اشتعال است، به این معنی که سلول ها باید با زره محافظت شوند تا از آسیب دیدن آنها در تصادف جلوگیری شود.

باتری‌های حالت جامد الکترولیت مایع را که با یک ماده جامد بین آند و کاتد جایگزین می‌شود، از بین می‌برند. این بدان معناست که نمی‌جوشد یا یخ نمی‌زند و به باتری‌ها اجازه می‌دهد تا در دمای شدید استفاده شوند.

از آنجایی که احتمال کمتری برای واکنش های شیمیایی نامطلوب وجود دارد، سازندگان باتری می توانند از مواد مختلفی در داخل باتری نیز استفاده کنند. این امکان انتخاب کاتدهایی با فلزات گرانبها کمتر برای هزینه کمتر و مواد آندی با چگالی انرژی بالاتر را فراهم می کند. برنامه نهایی حذف مواد معدنی مانند کبالت است که گران و کمیاب هستند.

چرا باتری های حالت جامد در خودروهای الکتریکی بهتر هستند؟

دلایل زیادی وجود دارد. به عنوان مثال:

ارزان تر خواهند بود: از آنجایی که الکترولیت پایدارتر است، سازندگان باتری می توانند از مواد مختلفی در داخل سلول ها استفاده کنند. اینها شامل مواد معدنی است که هزینه بسیار کمتری نسبت به فلزات گرانبها به کار رفته در بسته های لیتیوم-یون دارند. همچنین، محافظت کمتری برای سلول‌های حالت جامد مورد نیاز است، بنابراین به سخت‌افزار خنک‌کننده یا محافظت زیادی در برابر آسیب‌های تصادفی نیاز ندارند.

کوچکتر هستند: تغییر در مواد تشکیل دهنده داخل باتری به آنها اجازه می دهد تا انرژی بیشتری داشته باشند – یعنی می توانند قدرت بیشتری را در فضای کوچکتر نگه دارند. با برداشتن سیستم‌های خنک‌کننده و قاب باتری زره‌دار ضخیم، فضای بیشتری ذخیره می‌شود و به خودروهای الکتریکی اجازه می‌دهد تا برای مسافران سبک‌تر و جادارتر شوند. تویوتا می گوید نمونه های اولیه آن ضخیم تر از یک نوت بوک کوچک نیستند. داشتن چگالی انرژی بیشتر، هزینه‌های کمتر و زمان شارژ سریع‌تر همچنین به این معنی است که پیشرانه‌های الکتریکی باتری برای وسایل نقلیه بزرگ‌تر مانند کامیون‌ها، وانت‌ها و وانت‌ها کاربردی خواهند شد.

آنها برد بیشتر و شارژ سریعتر را ارائه می دهند: تویوتا می گوید باتری های حالت جامد آن در یک خودروی با اندازه متوسط ​​برد 700 کیلومتری را ارائه می دهند – این تقریباً 440 مایل است که برابر با خودروهایی با طولانی ترین برد است. در حال حاضر در فروش آنها همچنین می توانند بسیار سریعتر شارژ شوند، با زمان هایی که از 30 دقیقه به 10 دقیقه کاهش می یابد تا از 10 تا 80 درصد شارژ شود. با توجه به اینکه شارژ کردن فقط کمی بیشتر از پر کردن سوخت طول می کشد، انتظار می رود رانندگان احساس نکنند که به خودروهای دورتر نیاز دارند و می توان باتری را حتی کوچکتر کرد.

ایمن‌تر هستند: از آنجایی که اینها مایعات مبتنی بر حلال در باتری‌های حالت جامد نیستند، گفته می‌شود که الکترولیت بسیار ایمن‌تر است زیرا تقریباً قابل اشتعال نیست.

چه زمانی باتری های حالت جامد را در خودروها ببینم؟

تولید کنندگان دیوانه وار در حال رقابت برای اولین بودن در بازار هستند. نیسان به همراه شرکای خود رنو و میتسوبیشی قول داده اند تا “تا سال مالی 2028” یک خودرو در بازار عرضه کنند، به این معنی که به خود مهلت تا آوریل 2029 داده است. تویوتا از سال 2020 در یک سرمایه گذاری مشترک با پاناسونیک کار می کند و ادعا می کند که این کار را انجام می دهد. “در مسیر تولید محدود تا سال 2025”. هیوندای نیز مشغول کار بر روی این فناوری است، اما هنوز تاریخ تولید را اعلام نکرده است. شرکت باتری فولکس‌واگن PowerCo اعلام کرد که تولید باتری‌های حالت جامد را با QuantumScape «صنعتی‌سازی» می‌کند، اما هیچ تاریخی در مورد زمان وقوع آن اعلام نکرد.

حفظ چیست؟

سازندگان باید راهی برای ساخت باتری‌ها با تلورانس‌های بسیار دقیق نهایی کنند. آنها همچنین به طور مداوم آنها را آزمایش می کنند تا اطمینان حاصل کنند که آنها در طول عمر یک ماشین – و فراتر از آن به عنوان ابزار ذخیره سازی برای انرژی تجدید پذیر – به طور قابل اعتماد کار می کنند. در حال حاضر صدها نمونه اولیه در سراسر جهان در حال آزمایش هستند.

از قضا کاهش قیمت فناوری قدیمی‌تر لیتیوم یون نیز باعث می‌شود خودروسازان ناامیدتر شوند تا تحقیقات حالت جامد را ادامه دهند.

آیا این بدان معناست که ماشین الکتریکی من منسوخ خواهد شد؟

کارشناسان فکر می‌کنند که باتری‌های لیتیوم-یون و باتری‌های جایگزین لیتیوم آهن فسفات (LFP) که در حال حاضر در خودروهای الکتریکی استفاده می‌شوند، برای مدتی با سلول‌های جدید حالت جامد همراه با تکامل بازار و کاهش هزینه تمام فناوری‌ها وجود خواهند داشت. . مدتی طول می کشد تا خودروسازان تولید را افزایش دهند و طرح های خودرو را تغییر دهند تا با آخرین بسته های قدرت مطابقت داشته باشد.

به‌دنبال راهی آسان برای تغییر خودرو هستید؟ سپس Carwow جایی برای رفتن است. می‌توانید ماشین قدیمی‌تان را با قیمتی عالی بفروشید و بهترین معاملات را با نو دریافت کنید. . همه از طریق شبکه فروشندگان قابل اعتماد ما و همه از راحتی در خانه شما. برای شروع امروز روی دکمه زیر ضربه بزنید.