ال بطاريات الصلبة قد تعيد للولايات المتحدة تنافسيتها في قطاع الطاقة

تواجه الشركات الأمريكية تحديات ملحوظة للحاق بالهيمنة الآسيوية في سوق بطاريات السيارات الكهربائية، إلا أن تقنية البطاريات صلبة الحالة (Solid-State Batteries) قد تمثل فرصة استراتيجية جديدة لاستعادة التنافسية. هذا ما أكده جون فان سكوتر، الرئيس التنفيذي لشركة Solid Power الناشئة ومقرها ولاية كولورادو، والتي تسابق الزمن إلى جانب شركات أمريكية أخرى مثل QuantumScape وFactorial لتجاري التطور العالمي.

تتمتع البطاريات صلبة الحالة بقدرات واعدة مقارنة ببطاريات ليثيوم-آيون الحالية، إذ يتوقع الباحثون أن تساهم في زيادة مدى القيادة للمركبات الكهربائية، ورفع سرعات الشحن، والقضاء على مخاطر الحريق. ومع ذلك، واجهت هذه التكنولوجيا تعقيدات هائلة في التصنيع التجاري على نطاق واسع دون عيوب، مما أبقاها لسنوات طويلة قيد التطوير المستمر.

استراتيجية التركيز على الإلكتروليت الكبريتي

على عكس بعض المنافسين الذين يسعون لتصنيع الخلية الكاملة، تتخصص Solid Power في تطوير عنصر حاسم واحد وهو مادة الإلكتروليت التي تسهل حركة أيونات الليثيوم بين الأقطاب. بينما تعتمد بطاريات ليثيوم-آيون التقليدية على مواد كيميائية سائلة قابلة للاشتعال، تعتمد البطاريات الصلبة على ثلاثة أنواع رئيسية تشمل البوليمرات، والأكاسيد، والكبريتيدات.

تراهن الشركة الأمريكية على الخيار الثالث، حيث صمم رئيسها التنفيذي إلكتروليت كبريتيدي مرن يمكن لمصنعي البطاريات الحاليين دمجه في عمليات الإنتاج المعتادة دون الحاجة لبناء مصانع جديدة بالكامل أو إعادة تجهيز مكلفة، إذ يمكن استخدام معدات التدحرج القياسية لبطاريات ليثيوم-آيون.

خط إنتاج موبيوس والتعاون مع كبرى الشركات

خطت الشركة خطوة عملية مؤخراً بتشغيل خط الإنتاج التجريبي (Mobius) في مصنعها بمدينة ثورنتون بكولورادو، بهدف تصنيع وبيع الإلكتروليت لكبرى شركات السيارات وبطاريات الطاقة. وقد أكملت الشركة اتفاقيات تطوير مشترك مع شركات عالمية مثل فورد (Ford) وبي إم دبليو (BMW)، فضلاً عن شراكة ثلاثية مع بي إم دبليو وسامسونج إس دي آي (Samsung SDI) لتطوير وتجاريّة التقنية، حيث تتولى سامسونج تصنيع الخلايا وبي إم دبليو تطوير الوحدات والحزم بينما تورد Solid Power مادة الإلكتروليت.

من المنتظر أن يرفع خط الإنتاج التجريبي السعة السنوية للشركة بمقدار 45 طناً مترياً، لتصل السعة الإجمالية إلى 75 طناً مترياً سنوياً بنهاية العام.

ما الذي يمثله هذا التطور عملياً؟

على مستوى الأداء، تشير تقديرات الشركة إلى أن إضافة الإلكتروليت الكبريتي إلى أنود سيليكون وكاثود من النيكل والمنغنيز والكوبالت (NMC) يمكن أن يرفع كثافة الطاقة للخلية إلى 390 واط-ساعة لكل كيلوغرام، مع القدرة على تجاوز 1,000 دورة شحن، مقارنة بالبطاريات الحالية التي تقدم عادة ما بين 250 إلى 280 واط-ساعة لكل كيلوغرام. وفي حال استخدام أنود معدن الليثيوم، قد ترتفع الكثافة النظرية إلى 440 واط-ساعة لكل كيلوغرام. ومع ذلك، تؤكد الشركة أن هذه الأرقام تظل نظرية وتعتمد نهائياً على تصاميم الخلايا التي يبنيها مصنعو البطاريات أنفسهم.

وفيما يخص التحديات التقنية، تواصل الشركة هندسة حلول لمشكلة التكون التدريجي لهياكل الليثيوم الإبرية (Dendrites) التي قد تسبب دوائر قصر داخل الخلايا. وإلى جانب السيارات، ترى الشركة أن التطبيقات الأولى قد تظهر في قطاعات الدفاع والطائرات بدون طيار والروبوتات البشرية نظراً لقصر دورات التأهيل وسرعة منصات تشغيلها.