من الممكن أن يظهر الجيل التالي من بطاريات السيارات الكهربائية، ذات المدى الأكبر والسلامة المحسنة، في شكل معدن الليثيوم، الحالة الصلبة التكنلوجيا.
لكن يجب الإجابة على الأسئلة الرئيسية حول مصدر الطاقة الواعد هذا قبل أن يتمكن من الانتقال من المختبر إلى مرافق التصنيع ، وفقًا لباحثي جامعة ميشيغان. ومع الجهود المبذولة لجلب السيارات الكهربائية إلى جزء أكبر من السكان ، كما يقولون ، فإن هذه الأسئلة تحتاج إلى إجابة سريعة.
كان جيف ساكاموتو ونيل داسجوبتا ، الأستاذان المساعدان في الهندسة الميكانيكية في UM ، من رواد الباحثين في معدن الليثيوم ، وبطاريات الحالة الصلبة على مدار العقد الماضي. في مقال منظور في المجلة جول وحدة طاقةقام و Sakamoto و Dasgupta بتخطيط الأسئلة الرئيسية التي تواجه التكنولوجيا. لتطوير الأسئلة ، عملوا في تعاون وثيق مع قادة في صناعة السيارات.
تعمل شركات صناعة السيارات الكبرى على شراء السيارات الكهربائية هذا العام ، مع إعلان العديد عن خطط للتخلص التدريجي من سيارات محركات الاحتراق الداخلي في السنوات القادمة. مكنت بطاريات ليثيوم أيون السيارات الكهربائية الأقدم وتظل مصدر الطاقة الأكثر شيوعًا لأحدث الموديلات التي تخرج من خطوط التجميع.
تقترب بطاريات الليثيوم أيون هذه من ذروة أدائها من حيث نطاق EV بشحنة واحدة. وهي تأتي مصحوبة بالحاجة إلى نظام إدارة بطارية ثقيل وضخم - والذي بدونه يكون هناك خطر اندلاع حرائق على متن الطائرة. من خلال استخدام معدن الليثيوم لأنود البطارية جنبًا إلى جنب مع السيراميك للإلكتروليت ، أظهر الباحثون إمكانية مضاعفة نطاق EV للبطارية ذات الحجم نفسه مع تقليل احتمالية نشوب حرائق بشكل كبير.
قال ساكاموتو: "تم إحراز تقدم هائل في تطوير بطاريات الحالة الصلبة لمعدن الليثيوم على مدى العقد الماضي". "ومع ذلك ، لا تزال هناك العديد من التحديات على طريق تسويق التكنولوجيا ، خاصة بالنسبة للسيارات الكهربائية."
الأسئلة التي تحتاج إلى إجابة للاستفادة من هذه الإمكانات تشمل:
- كيف يمكننا إنتاج السيراميك ، وهو هش ، في بطاريات الليثيوم المعدنية الضخمة ذات الألواح الرقيقة والورقية التي تتطلبها؟ هل استخدام بطاريات الليثيوم المعدنية للسيراميك ، والتي تتطلب طاقة لتسخينها حتى أكثر من 2,000 درجة فهرنهايت أثناء التصنيع ، يعوض فوائدها البيئية في السيارات الكهربائية؟
- هل يمكن تكييف السيراميك والعملية المستخدمة في تصنيعها لمراعاة العيوب ، مثل التكسير ، بطريقة لا تجبر مصنعي البطاريات وشركات صناعة السيارات على تجديد عملياتهم بشكل جذري؟
- لن تتطلب بطارية الحالة الصلبة المصنوعة من معدن الليثيوم نظام إدارة البطارية الثقيل والضخم الذي تحتاجه بطاريات الليثيوم أيون للحفاظ على المتانة وتقليل مخاطر نشوب حريق. كيف سيؤثر الانخفاض في كتلة وحجم نظام إدارة البطارية - أو إزالته تمامًا - على الأداء والمتانة في بطارية الحالة الصلبة؟
- يجب أن يكون معدن الليثيوم على اتصال دائم بالمحلول الكهربائي الخزفي ، مما يعني أن هناك حاجة إلى أجهزة إضافية لممارسة الضغط للحفاظ على الاتصال. ماذا يعني الجهاز المضاف لأداء حزمة البطارية؟
ساكاموتو ، الذي يركز على شركته الناشئة الليثيوم بطاريات الحالة الصلبة المعدنية ، كما يقول التكنولوجيا تمر بلحظة في الوقت الحالي. لكنه يقول إن الحماس الذي يحرك هذه اللحظة يجب ألا يسبق نفسه.
عنوان الورقة ، "نقل بطاريات الحالة الصلبة من المختبر إلى السوق: ربط الميكانيكا الكهروكيميائية باعتبارات عملية."