تتسابق الآن الدول شركات وحكومات على تطوير بطاريات الحالة الصلبة، قديماً كانت معظم الأجهزة الإلكترونية تعمل ببطارية NiCad أو بطارية النيكل كادميوم، وكانت بطارية ال NiCad هي المسيطرة في ذلك الوقت، ولكن انخفاض كثافة الطاقة لديها كانت مشكلة كبيرة، وفي بداية التسعينات تم إكتشاف بطارية الليثيوم أيون، ولا زالت تستخدم حتى الآن ولكن بسبب عيوبها مثل قابليتها للانفجار تم إكتشاف بطارية الحالة الصلبة التي تتسارع الدول الآن على تطويرها.
ايلون ماسك يتجاهل بطاريات الحالة الصلبة
شركة تسلا تقوم بتطوير بطاريات الليثيوم أيون وتتجاهل بطاريات الحالة الصلبة كالتالي:
- في بداية التسعينات تم تصنيع أول جهاز إلكتروني يعمل ببطارية الليثيوم أيون عندما صنعت شركة سوني Sony كاميرا فيديو إسمها Sony CCD TR1 وكانت هذه الكاميرا هي أول جهاز إلكتروني يعمل ببطارية ليثيوم أيون، ومنذ ذلك التاريخ بدأ سوق البطاريات كله يستخدم هذه البطارية وتمثل هذه الكاميرا علامة في تاريخ الصناعة حتى الآن.
- وأصبحت اليوم بطاريات الليثيوم أيون تتحكم في أكثر من 90% من سوق البطاريات المخزنة للكهرباء في العالم والأغلبية الكاسحة من الأجهزة الإلكترونية الآن تعمل ببطارية الليثيوم أيون.
- والمهم في ذلك أن بطارية ليثيوم أيون منذ أن تم تشغيلها في بداية التسعينات وهي تعمل لتشغيل الأجهزة الإلكترونية الصغيرة مثل الساعة أو اللاب توب أو الموبايل وهكذا.
- في يوليو 2006 قرر المهندس الأمريكي مارتن ابرهارد والمؤسس المشارك في شركة تسلا استخدام بطارية الليثيوم أيون في السيارة عندما وقف أمام مجموعة من المستثمرين لكي يريهم السيارة الكهربائية الأولى الفريدة من نوعها التي تعمل ببطارية الليثيوم أيون والتي أطلق عليها إسم رودستر.
- الرودستر كانت تعمل ببطارية ليثيوم أيون وكانت هذه البطارية مكونة من 6831 خلية وفي عام 2008 أنتجت شركة تسلا أول سيارة من طراز رودستر وكانت هذه أول سيارة كهربائية في السوق وهي تعمل ببطارية ليثيوم أيون.
- في ذلك الوقت كان يوجد سيارات هجينة أي سيارات تعمل بالبنزين والكهرباء في نفس الوقت ولكن هذه السيارات كانت تعمل عن طريق بطاريات Ni-MH وهذه البطاريات كانت أقل كفاءة من الليثيوم أيون.
- يحتوي التركيب الكيميائي لبطارية السيارة الكهربائية تسلا التي تعمل ببطارية ليثيوم أيون على مادة لها قابلية شديدة الاشتعال، بطاريات الليثيوم أيون التي تعمل بها السيارات الكهربائية تفتقد الى عنصر الأمان لانها قابله للاشتعال بسرعة كبيرة جداً حتى دون ان تصطدم.
- لذلك قامت شركة تويوتا اليابانية بصناعة سيارة كهربائية تعمل ببطارية في الحالة الصلبة (Powered By All Solid State Battery) وهي أكثر أماناً من بطارية الليثيوم أيون وأصبح اليوم هناك سباق عالمي غير مسبوق لكل دول العالم في تطوير بطاريات الحالة الصلبة.
- اليابان وأمريكا والصين وكوريا الجنوبية وألمانيا كل هذه الدول تتنافس حكومات وشركات على من الذي يستطيع تطوير هذه البطارية، وبحلول عام 2025 سوف تشكل بطارية الحالة الصلبة بمجرد الوصول إلى التطوير المطلوب تهديداً حقيقياً لمستقبل النفط.
- والسؤال الآن أين شركة تسلا وصاحبها ايلون ماسك من تطوير البطاريات الصلبة؟ في الحقيقه شركة تسلا الى وقتنا هذا تتجاهل بطاريات الحالة الصلبة وتركز على تطوير بطاريات الليثيوم أيون التي تعمل بها حتى الآن في صناعة السيارات الكهربائية.
ما الفرق بين بطاريات الليثيوم أيون وبين بطاريات الحالة الصلبة؟
بالطبع هناك فرق بين بطاريات الليثيوم أيون وبطاريات الحالة الصلبة كالتالي:
- مشكلة بطارية الليثيوم أيون أنها دائما معرضة لخطر الانفجار، لشرح ذلك بالتفصيل يجب معرفة أن بطارية الليثيوم أيون تتكون من 5 مكونات رئيسية ال Anode وCathode وال Liquid Electrolyte أو الإلكتروليت السائل وال Separator أو الفاصل وال Casing وهو الغلاف.
- والمكون الإشكالي في هذه المكونات الخمسة الرئيسية هو الإلكتروليت السائل أو ال Liquid electrolyte وهو عبارة عن مادة سائلة هلامية قابليتها للاشتعال عالية جداً، وهذه المادة مهمتها أنها وسط ناقل يعني عند تشغيل هذه البطارية يتم انتقال الأيونات من القطب الموجب إلى القطب السالب عن طريق الإلكتروليت السائل، والعكس يحدث عند شحن البطارية فيتم إنتقال الأيونات من القطب السالب إلى القطب الموجب عبر الإلكتروليت السائل والسؤال الآن هو هل يوجد بديل الإلكتروليت السائل؟
- الإجابة نعم، اولاً؛ على مستوى التركيب الكيميائي بطارية الحالة الصلبة لا تحتوي على الإلكتروليت السائل وإنما تعمل عن طريق الإلكتروليت الصلب Solid Electrolyte هذا الإلكتروليت الصلب يمكن أن يكون من مواد صلبة مثل الزجاج أو السيراميك.
- التبديل من الإلكتروليت السائل إلى الإلكتروليت الصلب له مفعول السحر على أمان وفعالية البطارية وكفاءتها وتعمل أيضاً على تقليل حجم ووزن البطارية، وبذلك تأخذ مساحة أقل في مكان وجودها وقدرتها تزيد، وبالنسبه للسيارات يزيد مدى القيادة أيضاً أي المساحة التي تقطعها السيارة حتى تنفذ البطارية، وأيضاً الوقت المستهلك لشحن البطارية يقل أي أنها تشحن بسرعة أكبر، وفي نفس الوقت تحتفظ لفترة طويلة بقدرتها على إعادة الشحن.
- ولكن لا تزال حتى الآن بطاريات الحالة الصلبة تستخدم في الأجهزة الإلكترونية الصغيرة مثل Pacemaker وهو منظم ضربات القلب، والذي تفعله شركات السيارات حالياً أنها تريد تصنيع نموذج أكبر من هذه البطارية تكون كثافة الطاقة بالنسبة لها أكبر، وأيضاً تريد تعديل مواصفات هذه البطارية لكي تعمل على تشغيل السيارة لمسافات طويلة، وفي نفس الوقت يمكن إعادة شحن البطارية مرة أخرى، وهذه البطارية بتلك المواصفات لا تزال في مرحلة التجارب، وبعيدة حتى الآن عن الوصول لمرحلة الإنتاج التجاري خصوصاً وان تكلفتها حاليا تقترب من 100 ألف دولار للنسخة الواحدة، ولكن في ظل إصرار وتسابق الشركات العالمية سوف تكون تكنولوجيا البطاريات من المتوقع ان تكون جزء من السوق في النصف الثاني من العقد الحالي وتحديداً في بداية 2025 فيما بعد.
