هل تعرف ما الذي يغير مشهد الطاقة؟

هل تقلق عند قيادة سيارة كهربائية لن تبدأ في الصباح في فصل الشتاء ، أو أن البطارية ستقوم بإطلاق النار في الصيف عندما تتعرض لأشعة الشمس المباشرة؟ إذا قلت لك أن هناك نوعًا جديدًا من البطارية يمكن أن يبدأ في ثوانٍ عند حوالي 40 درجة مئوية ، حتى لو تم ثقبها ، فلن تنفجر. هل تصدق ذلك؟

هذا ليس أنا أرسم كعكة لك ، ولكن ثورة الطاقة المستمرة ، بطاريات الحالة الصلبة -. تسمى "الصاروخ" لتكنولوجيا بطارية الجيل القادم ، والتي لن تغير فقط مركبات الطاقة الجديدة ، ولكن قد تعيد تشكيل نمط الطائرات ذات الارتفاع المنخفض ، والروبوتات البشرية ، وحتى الطاقة بأكملها. اليوم ، سأتحدث إليكم حول مكان وجود بطاريات الحالة الصلبة- ولماذا تحظى بشعبية كبيرة؟ أين الفرص في المستقبل؟

نيوبيومأظهر (NB) إمكانات كبيرة كأداة متعددة الاستخدامات في حقل بطاريات الحالة الصلبة- ، وأصبحت أبحاث التطبيق نشطة بشكل متزايد. من حيث الأقطاب السلبية ، يحتوي أكسيد النيوبيوم التنغستن (NWO) على معامل انتشار ليثيوم أيون عدة أوامر ذات حجم أعلى من الجرافيت ، مما يتيح الشحن السريع للغاية. في الوقت نفسه ، فإن تغيير حجمه الصغير وحياة دورة طويلة يجعلها مادة مرشحة قوية لاستبدال الأقطاب السلبية الجرافيت ؛ بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يؤدي تعديل السطح للسيليكون - أو أقطاب معدنية سالبة للليثيوم باستخدام الطلاءات البنتوكسيد النيووبيوم الرقيقة (NB ₂ O ₅) إلى ظهور نمو تظاهر الليثيوم بشكل فعال ويقلل من التفاعلات الجانبية مع الكهربيات الصلبة ، مما يؤدي إلى تحسين سلامة البطارية بشكل كبير. من حيث الإلكتروليت ، يمكن لعنصر النيوبيوم المنشطات إلى نوع LLZO (نوع العقيق) أن تثبيت الشوارد الصلبة في بنية الطور المكعب ، وبالتالي تحسين الموصلية الأيونية الليثيوم وتعزيز جدوى التطبيق العملية.

تتكون بطاريات الليثيوم التقليدية من أربعة مكونات رئيسية: القطب الإيجابي ، والكهرباء الكهربائية السلبية ، والفاصل. من بينها ، المنحل بالكهرباء هو السائل الأكثر استقرارًا وقابل للاشتعال. بمجرد الشحن المفرط أو السيرة القصيرة أو المعرضة لدرجات حرارة عالية ، يمكنه بسهولة توليد الحرارة أو حتى الإشعال الذاتي أو الانفجار. أكبر تغيير في بطاريات الحالة الصلبة - هو استبدال المنحل بالكهرباء والفاصل مع - lectrolete ، الذي يحل مباشرة مخاطر السلامة من المصدر. وبسبب هذا التغيير بالتحديد يتم إحضار ثلاث مزايا رئيسية.
أولاً ، إنه أكثر أمانًا. تشبه البطاريات السائلة قدرًا من الماء المغلي الذي يمكن أن ينفجر بسهولة ، في حين أن بطاريات الحالة الصلبة - تشبه قطعة من المعدن التي لا يمكن كسرها أو حزينة ، ويمكن أن تظل مستقرة حتى في حالة وجود دائرة قصيرة.
والثاني هو كثافة الطاقة أعلى ، والتي يمكن أن تتكيف مع مواد القطب الإيجابي العالي الجهد وتضاعف سعة تخزين الطاقة مباشرة. في الماضي ، يمكن أن تعمل السيارات الكهربائية على بعد 500 كيلومتر ، ولكن بعد التحول إلى الحالة الصلبة ، يمكن أن تكسر بسهولة 1000 كيلومتر.
أخيرًا ، هناك تكيف مناخ. يمكن أن تعمل عادة من ناقص 40 درجة مئوية إلى أكثر من 100 درجة مئوية ، مما يجعل من السهل التعامل مع كل من الشمال الشرقي الباردة والصحراء الساخنة.

ويرجع ذلك بالتحديد إلى هذه المزايا التي تلقت بطاريات الحالة الصلبة - اهتمامًا كبيرًا في السنوات الأخيرة. من ناحية ، هذا يرجع إلى الطلب المتفجر من المستخدمين. بحلول عام 2024 ، تجاوزت المبيعات العالمية لسيارات الطاقة الجديدة 20 مليون وحدة ، بمعدل تغلغل حوالي 20 ٪. ومع ذلك ، فإن أكثر المسألين قلقين للجميع هما تجديدات الرحلات والسلامة.

بطاريات الحالة الصلبة هي بالضبط الحل الصحيح. وفقًا للتنبؤات ، ستبدأ في اختبار بطاريات الحالة الصلبة - على المركبات من عام 2026 ، وسيتم تثبيتها على دفعات صغيرة في عام 2027. بحلول عام 2023 ، من المتوقع أن يتجاوز معدل الاختراق 10 ٪. إن قيمة بطاريات الحالة الصلبة - ليست فقط في مركبات الطاقة الجديدة ، ولكن أيضًا في اقتصاد منخفض الارتفاع. على سبيل المثال ، تتمتع الطائرات الرأسية الكهربائية والهبوط بمتطلبات عالية جدًا للبطاريات ، بما في ذلك كثافة الطاقة والوزن ومقاومة الحرارة. يمكن أن تلبي بطاريات الحالة الصلبة هذه المعايير بدقة. هناك أيضًا روبوتات بشرية تتطلب عمر بطارية خفيفة الوزن ومستقرة وطويلة ، وبطاريات الحالة الصلبة - كافية لمقابلتها. لذلك ، طالما استمرت شركات النقل الطرفية الذكية هذه في التحرك نحو القوة الخفيفة والثانية - ، لن يكون الطلب على بطاريات الحالة الصلبة - غائبة أبدًا.

في الوقت الحاضر ، يتنافس العالم على هذه الأرضية العالية التكنولوجية. كانت اليابان أول من تبدأ بعدد كبير من براءات الاختراع الأساسية وحددت هدفًا للتسويق بحلول عام 2030. من ناحية أخرى ، تعد الصين من المباراة التي يتمتع بها أكبر عدد من تطبيقات براءات الاختراع في السنوات الأخيرة ، حيث تحتل المرتبة الأولى في العالم. كما استثمرت 6 مليارات يوان في أموال خاصة لدعمها. من المطلوب أن يسرع كل من السلسلة الصناعية في المنبع والمصب من متابعهما -.

بالطبع ، حتى التكنولوجيا الأكثر تقدماً لديها فترة تسلق. حاليًا ، تواجه بطاريات الحالة الصلبة - ثلاث تحديات رئيسية. الأول هو أن الموصلية ليست عالية بما فيه الكفاية ، ولا يزال هناك مجال للتحسين في كفاءة العملية الداخلية للكهرباء. والثاني هو الاستقرار بين الواجهات ، حيث يوجد ميل للأقطاب الكهربائية والكهارل للقتال ، والتي يمكن أن تؤثر على عمر البطارية. آخر واحد كبير - الإنتاج ، والذي لا يزال صعبًا للغاية. ليس من الصعب جعل بطارية الحالة الصلبة - في المختبر ، ولكن ما إذا كان المصنع يمكن أن ينتج بشكل كبير ، فهو الاختبار الحقيقي. لذلك ، تختار الصناعة عمومًا نهج خطوة-. تتمثل الخطوة الأولى في إنشاء حالة صلبة شبه- التي تحتفظ بنسبة 5 ٪ إلى 10 ٪ من المكون السائل لحل بعض المشكلات أولاً. هذه التكنولوجيا موجودة في السوق منذ عام 2024. والثاني هو جميع بطاريات الحالة الصلبة ، والتي من المتوقع أن تدخل مرحلة التحقق من الصحة في السوق بحلول عام 2026 وزيادة حجمها تدريجياً بعد ذلك. إن ظهور بطاريات الحالة الصلبة - ليس فقط ثورة تكنولوجية ، ولكن أيضًا وليمة لرأس المال. فرصها تتفتح من مواد إلى معدات إلى التطبيق ، وعلى الجانب المادي ، فإن مواد الإلكتروليت هي الروح. حاليًا ، هناك أربعة طرق تكنولوجية رئيسية ، بما في ذلك الكبريتيد والأكاسيد والهاليدات والبوليمرات ، ولكل منها مزاياها وعيوبها. الكبريتيد لها أقوى أداء ، لكن إعدادها معقد للغاية. أكسيد آمن ومستقر ، ولكن يصعب معالجته. تتقدم الهاليدات بسرعة ولها نسبة أداء عالية التكلفة نسبيا. البوليمرات لها مرونة جيدة ، لكن الموصلية ليست مثالية ، لذلك لا توجد طريقة واحدة للفوز بشكل مطرد.

ومع ذلك ، تعتبر الكبريتيد والهاليدات حاليًا أكثر واعدة ، كما أن ترقية مواد الإلكترود الإيجابية والسلبية تتسارع أيضًا ، حيث تحدد سعة البطارية وعمرها ، وكذلك المواد الموصلة. على الرغم من أنه غير واضح ، إلا أنه متغير رئيسي في تحسين الأداء العام. في الوقت الحاضر ، أصبحت عوامل موصلة الأنابيب النانوية الكربونية طريقًا سريعًا يربط الأقطاب والكهارل. في نهاية المعدات ، تحل العمليات الجديدة أيضًا محل خطوط الإنتاج القديمة ، ولم تعد خطوط إنتاج البطارية التقليدية مناسبة لعمليات الحالة الصلبة-. في الوقت الحاضر ، تعد الأقطاب الكهربائية الجافة والتكوين الكهروستاتيكي تقنيات جديدة تجعل عملية التصنيع أكثر أمانًا وأقل استهلاكًا للطاقة ، وتصبح نقاط نمو جديدة لمصنعي المعدات. هذا يعني أيضًا أنه سيكون هناك جولة جديدة من الانفجار في روابط المعدات المنبع للسلسلة الصناعية.

لقد غيرت الخلايا الكهروضوئية توليد الطاقة ، وقد غيرت بطاريات الليثيوم النقل ، وقد تقوم بطاريات الحالة الصلبة - بإعادة بناء نظام الطاقة بأكمله ، والذي سيستمر في النضج مع سيناريوهات التطبيق في المستقبل. مع التحسين المستمر لخصائص المواد والانخفاض التدريجي في تكاليف الإنتاج ، ستنتقل بطاريات الحالة الصلبة- تدريجياً من كونها غير مرئية وغير ملموسة إلى أن تكون قابلة للاستخدام وتشغيلها بسرعة. هل تعتقد أن بطاريات الحالة الصلبة - سيتم تثبيتها كما هو مقرر في عام 2026؟ هل سيصبح منطق الطاقة الكامن التالي لتغيير العالم؟