نشرت جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد مراجعة جديدة في مجلة Nano Energy، تحلل بعمق تقنية البطاريات الصلبة، مشيرة إلى أنها من المتوقع أن تغير العديد من المجالات من السيارات الكهربائية إلى الإلكترونيات الاستهلاكية، وهي قفزة كبيرة في مجال تخزين الطاقة.
مقارنة بالبطاريات الليثيوم أيون التقليدية، تتمتع البطاريات الصلبة بمزايا كبيرة. في كفاءة الشحن، تستغرق البطاريات الحالية 30 إلى 45 دقيقة لشحن 80% من الطاقة، بينما يمكن للبطاريات الصلبة تقليل وقت الشحن إلى 12 دقيقة، وفي بعض الحالات إلى 3 دقائق فقط. يرجع ذلك إلى استبدال السائل القابل للاشتعال في البطاريات القياسية بمواد صلبة أكثر أمانًا وكفاءة. قال البروفيسور Cengiz Ozkan في الهندسة الميكانيكية، المؤلف الرئيسي للبحث: إزالة السائل واستخدام المواد الصلبة يسمح بشحن كمية أكبر من الطاقة بأمان في وقت واحد، دون مخاطر السخونة الزائدة أو الحريق. تعتمد بطاريات الليثيوم أيون التقليدية على السائل لحركة أيونات الليثيوم، لكن السائل عرضة للتدهور، مما يحد من سرعة الشحن ويجلب مخاطر الحريق، بينما توفر البطاريات الصلبة بيئة أكثر أمانًا واستقرارًا لحركة أيونات الليثيوم، مما يجعل الشحن أسرع وأكثر كفاءة وأقل مخاطر.
بالإضافة إلى ذلك، تستخدم البطاريات الصلبة الليثيوم بشكل أكثر كفاءة، حيث تستخدم العديد من التصاميم طبقة معدن الليثيوم، مقارنة بطبقة الغرافيت في البطاريات الحالية، مما يخزن طاقة أكبر في مساحة أصغر، مما يجعل البطارية أخف وزنًا وأصغر حجمًا وأطول عمرًا. في العمر الافتراضي، تنخفض أداء بطاريات الليثيوم أيون التقليدية بشكل ملحوظ بعد 5 إلى 8 سنوات من الاستخدام في السيارات الكهربائية، بينما يمكن للبطاريات الصلبة الحفاظ على 15 إلى 20 عامًا أو أكثر، حسب ظروف الاستخدام والعوامل البيئية.
قال Ozkan إن بطاريات الليثيوم أيون التقليدية كانت ثورية، لكن مع تطور المجالات ذات الصلة، أصبحت حدود أدائها وسلامتها واضحة تدريجيًا. لا تتمتع البطاريات الصلبة بآفاق تطبيقية واسعة في الوقت الحاضر فحسب، بل قد تلعب دورًا حاسمًا في السفر بين النجوم والاستكشاف الفضائي في المستقبل. استقرارها الحراري والكيميائي يجعلها أكثر ملاءمة لتحمل درجات الحرارة القصوى والإشعاع في الفضاء الخارجي، وتخزن الطاقة بشكل أكثر كفاءة، وتكون أكثر موثوقية في بيئات مغلقة ومسيطر عليها بالأكسجين.
أجرى الباحثون هذه المراجعة لتوجيه تسريع تطوير أنظمة الصلبة وقابليتها للتوسع والنشر الفعلي. ومع ذلك، لا تزال الإنتاج على نطاق واسع للبطاريات الصلبة تواجه صعوبات، مع تكاليف مرتفعة. اقترحت المراجعة خريطة طريق للحلول، بما في ذلك تطوير مواد أفضل، وتحسين تفاعل مكونات البطارية، وتحسين تقنيات المصانع لتبسيط الإنتاج. قال Ozkan إن البطاريات الصلبة تقترب تدريجيًا من الواقع، وتظهر هذه المراجعة التقدم العلمي والخطوات التالية.
