باتری‌های حالت جامد چگونه خودروهای برقی را به سطح بعدی سوق می‌دهند

واضح‌تر می‌شود که وسایل نقلیه الکتریکی آینده صنعت خودرو را نشان می‌دهند. علیرغم عرضه های قوی در بازار، آنها هنوز هم جنبه های منفی خود را دارند و همه در مورد کاربردی بودن آنها متقاعد نشده اند. خودروسازان قصد دارند از باتری های حالت جامد برای تغییر این وضعیت استفاده کنند.

اخیراً صحبت های زیادی در مورد باتری های حالت جامد و اینکه چگونه آنها آینده بازار خودروهای الکتریکی هستند، وجود داشته است. خودروسازان قول می‌دهند که این فناوری باتری جدید بازار را متحول خواهد کرد و زمان شارژ سریع‌تر، برد طولانی‌تر و بارهای سبک‌تر را ارائه می‌کند. حتی بهتر از آن این است که دقیقاً در گوشه و کنار است.

ما مزایای باتری‌های حالت جامد و چگونگی بهبود خودروهای الکتریکی را برای شما، خریدار، بررسی می‌کنیم. ما همچنین نگاهی به برخی از معایب این فناوری، و آنچه می تواند مانع پذیرش انبوه آن شود، می اندازیم. در نهایت، ما مشخص می‌کنیم که چه زمانی می‌توانیم انتظار داشته باشیم که این فناوری را در خودروها و جاده‌ها ببینیم.

برای ارائه به‌روزترین و دقیق‌ترین اطلاعات ممکن، داده‌های مورد استفاده برای گردآوری این مقاله از وب‌سایت‌های سازنده مختلف و سایر منابع معتبر، از جمله TopSpeed ​​و EPA تهیه شده است.

پیشرفت در پشت باتری های حالت جامد

در این مرحله، این احتمال وجود دارد که شما در مورد باتری های حالت جامد (SSB) شنیده باشید. خودروسازان قول داده اند که آنها را به زودی وارد خودروهای برقی کنند و ادعا می کنند که زمان شارژ، افزایش ظرفیت و کاهش وزن را افزایش می دهند. درک اینکه چگونه این فناوری جدید به این امر دست می یابد، نیاز به بررسی تفاوت های بین باتری های حالت جامد و باتری هایی است که امروزه در خودروهای برقی استفاده می کنیم.

حالت جامد در مقابل لیتیوم یون

ساده ترین راه برای توضیح تفاوت بین این دو این است که باتری های لیتیوم یونی از الکترولیت مایع یا ژل استفاده می کنند در حالی که باتری های حالت جامد از الکترولیت جامد معمولاً به شکل پودری استفاده می کنند. این بدان معناست که باتری های حالت جامد انرژی بسیار بیشتری دارند، به این معنی که می توانند شارژ را بسیار بهتر از باتری های لیتیوم یونی خود نگه دارند.

این چندین اثر عملی مختلف دارد. اولا، این بدان معناست که باتری های حالت جامد نباید به اندازه باتری های لیتیوم یونی بزرگ یا سنگین باشند، اما همچنان می توانند شارژ بیشتری را نگه دارند. آنها همچنین می توانند بسیار سریعتر از باتری های سنتی شارژ شوند، به این معنی که زیرساخت شارژ را می توان ارتقا داد تا بتوانید خودروی برقی خود را در چند دقیقه شارژ کنید. آنها همچنین طول عمر مورد انتظار بیشتری دارند، به این معنی که قبل از تعویض آنها طولانی تر خواهد بود.

مزایای SSB

• چگالی انرژی بالاتر
• شارژ سریعتر
• ایمنی بهبود یافته است
• طول عمر بیشتر
• وزن سبک تر

معایب SSB ها

• هزینه های تولید بالا
• مقیاس پذیری محدود
• حساس به دما
• چالش های سازگاری
• دوام طولانی مدت نامشخص

باتری های حالت جامد مزایای عملکرد دیوانه کننده ای دارند

طرف‌های زیادی وجود دارند که سعی می‌کنند ما را متقاعد کنند که باتری‌های حالت جامد آینده خودروهای الکتریکی هستند. برخی از خودروسازان حتی تا زمانی که باتری های حالت جامد به طور گسترده در دسترس قرار نگیرند، سرمایه گذاری کامل در بازار برق را متوقف کرده اند. دلیل این امر این است که آنها ادعا می کنند باتری های حالت جامد عملکردی را ارائه می دهند که باعث می شود معماری سنتی باتری قدیمی به نظر برسد.

شارژ سریعتر و برد بیشتر

یکی از دلایل اصلی که خودروهای الکتریکی به طور کامل وسایل نقلیه احتراق داخلی سنتی (ICE) را نابود نکرده اند این است که اعتماد به باتری ها خیلی بالا نیست. اکثر وسایل نقلیه الکتریکی هنوز در تلاش هستند تا از نظر برد با خودروهای ICE عقب نمانند و زمان شارژ طولانی، حتی در سریع ترین شارژرها، حتی با زمان کمی که برای پر کردن سوخت خودروی شما طول می کشد، قابل مقایسه نیست.

اینجاست که باتری‌های حالت جامد وارد می‌شوند. چگالی انرژی بالاتر آنها به این معنی است که می‌توانند قدرت بسیار بیشتری را در خود نگه دارند و به برد بیشتری در وسایل نقلیه شما تبدیل می‌شوند. آنها همچنین ثابت کرده اند که کارآمدتر هستند، یعنی انرژی کمتری در هنگام تخلیه باتری از دست می رود. در حال حاضر، طولانی‌ترین بردی که می‌توانید از یک خودروی برقی در ایالات متحده بگیرید 512 مایل است که از Lucid Air Grand Touring می‌آید. اکثر خودروسازان ادعا می کنند که باتری های حالت جامد آنها باید بین 500 تا 750 مایل را طی کنند.

زمان شارژ نیز درد بزرگی در گردن است. سریعترین خودروهای برقی موجود در بازار می توانند در عرض 20 تا 30 دقیقه از صفر به 80 درصد برسند. باتری‌های حالت جامد از نظر فنی می‌توانند با نرخ بسیار بالاتری شارژ شوند، به این معنی که پتانسیل شارژ سریع‌تر از باتری‌های سنتی را دارند. البته، این بدان معناست که شبکه شارژ باید ارتقا یابد.

مطلب مرتبط:خودروی الکتریکی با طولانی ترین برد رانندگی در سال 2025

افزایش ایمنی و پایداری حرارتی

ایمنی یکی دیگر از نگرانی های بزرگ در مورد باتری در خودروهای الکتریکی است. در چند وقت اخیر، شاهد بودیم که تعدادی از خودروهای برقی به دلیل آتش گرفتن در اخبار منتشر می‌شوند. خاموش کردن آتش سوزی باتری نیز کار آسانی نیست، و اگر در داخل ماشین گرفتار شده باشید و آتش بیداد می کند، می تواند فاجعه بار باشد. با این حال، باتری های حالت جامد به دلیل این واقعیت که اغلب الکترولیت های جامد غیر قابل اشتعال هستند، احتمال فرار حرارتی را تا حد زیادی کاهش می دهند.

علاوه بر این، باتری های حالت جامد مزایای چشمگیری را در مورد طول عمر ارائه می دهند. آنها معمولاً پایدارتر از باتری های دارای الکترولیت مایع هستند و احتمال واکنش های جانبی را کاهش می دهند. مهمتر از آن، آنها تشکیل دندریت را کاهش می دهند. دندریت ها کریستال های ریزی هستند که در طول زمان در باتری ها تشکیل می شوند. این کریستال ها یکپارچگی باتری ها را کاهش می دهند، که دلیل بزرگی برای نیاز باتری ها به تعویض است.

نمونه ای از این افزایش طول عمر در تست های انجام شده توسط فولکس واگن دیده می شود. آنها اخیراً آزمایشی را انجام داده اند که در آن باتری حالت جامد خود را در 1000 چرخه قرار داده اند و باتری 95 درصد از عمر مورد انتظار خود را حفظ می کند. این مسافت برابر با 310000 مایل رانندگی خواهد بود، به این معنی که عملاً باید بسیار بیشتر از آنچه یک خریدار معمولی خودرو به آن نیاز دارد دوام بیاورد.

چالش هایی برای تولید انبوه باتری های حالت جامد وجود دارد

در این مرحله، ممکن است به این فکر کنید که باتری‌های حالت جامد جام مقدس فناوری باتری هستند. با این حال، هیچ چیز خوب بدون اشکال نیست. در حالی که باتری‌های حالت جامد مزایای زیادی را ارائه می‌دهند و واضح است که صنعت به شدت به سمت فناوری متمایل شده است، ساخت آنها ساده‌ترین چیزها نیستند و در تولید آن‌ها در مقیاس کامل اشکالاتی وجود دارد.

هزینه های تولید بالا و موانع ساخت

تولید باتری های سنتی در حال حاضر نسبتاً گران است. باتری‌های حالت جامد با نیاز به چیزهایی مانند آندهای فلزی لیتیوم و الکترولیت‌های جامد، این کار را یک قدم فراتر می‌گذارند. آنها همچنین به تکنیک های ساخت کاملاً جدید نیاز دارند، به این معنی که فرآیند واقعی تولید نیز گران است. بسیاری از شرکت ها در حال کار بر روی توسعه زیرساخت های لازم برای تولید باتری های حالت جامد هستند، اما همه آنها نسبتاً جدید هستند.

با توجه به این واقعیت که زیرساخت وجود ندارد، مقیاس پذیری یک مسئله است. در حالی که برخی از خودروسازان قبلا خطوط نمایشی را برای تولید باتری های حالت جامد به نمایش گذاشته اند، انتقال آن به یک عملیات در مقیاس کامل کاری دشوار و پرهزینه است. زمان و پول زیادی صرف تحقیق و توسعه با هدف کاهش هزینه کلی باتری های حالت جامد می شود.

هوندا با خط نمایش اخیر خود که روش‌های منحصربه‌فردی را با هدف کاهش هزینه‌های تولید نشان می‌دهد، وعده‌های زیادی در این زمینه نشان داده است. آنها شروع به استفاده از تکنیکی به نام پرس رول کرده‌اند، جایی که اساساً سلول‌های باتری را با استفاده از یک پرس بزرگ به هم مهر می‌کنند. این تأثیر زیادی بر هزینه های تولید مورد انتظار آنها داشته است.

باتری‌های حالت جامد می‌توانند زودتر از آنچه فکر می‌کنید به خودروهای برقی برسند

مزایای استفاده از باتری های حالت جامد در خودروهای الکتریکی واضح است و فناوری جدید باتری می تواند آخرین میخ در تابوت موتورهای احتراق داخلی باشد. برخی از ایرادات ممکن است این احساس را ایجاد کند که این فناوری چیزی است که ما فقط در آینده ای دور شاهد آن خواهیم بود، اما خودروسازان متعهد هستند تا قبل از پایان دهه، SSB ها را در خودروهای الکتریکی دریافت کنند.

جدول زمانی مورد انتظار برای پذیرش گسترده

• مرسدس بنز تست های جاده ای خودروهای برقی مجهز به SSB را آغاز کرده است
• هوندا قصد دارد خودروهای برقی مجهز به SSB را در نیمه دوم سال 2020 عرضه کند.
• تویوتا قصد دارد خودروهای SSB را بین سال های 2027 تا 2028 در جاده ها عرضه کند
• نیسان قصد دارد تا سال 2028 SSB های خود را معرفی کند

در بیشتر موارد، بیشتر خودروسازان و شرکای آنها در نظر دارند تا قبل از سال 2030 باتری های حالت جامد را در خودروهای الکتریکی دریافت کنند. با این حال، این بدان معنا نیست که هر خودرویی یک باتری حالت جامد خواهد داشت. به دلیل مقیاس‌پذیری محدود و هزینه‌های تولید بالا، می‌توانید انتظار داشته باشید که خودروسازان قبل از توسعه به کل خط تولید خود، ابتدا روی تعدادی از مدل‌ها تمرکز کنند.

باتری های حالت جامد بدون شک تاثیر زیادی بر بازار خودروهای الکتریکی خواهند داشت. واضح است که دنیای خودرو در حال حرکت به سمت خودروهای تمام برقی است، اما شک و تردید مصرف‌کنندگان همچنان در برابر این دستور کار عقب‌نشینی می‌کند. با این حال، باتری‌های حالت جامد بسیاری از نگرانی‌های خریداران را برطرف می‌کنند و ممکن است برای تحت تأثیر قرار دادن بسیاری از مردم کافی باشد. با این حال، همیشه افرادی هستند که غرغر یک موتور را ترجیح می دهند، صرف نظر از اینکه خودروهای برقی چقدر کاربردی هستند.

مطلب مرتبط:آموزش مکانیک خودرو