في خطوة قد تُغير مسار صناعة السيارات الكهربائية، كشفت الشركة الناشئة الفنلندية Donut Lab عن نتائج أولية لاختبار مستقل لبطاريتها ذات الحالة الصلبة، والتي وعدت بأن تكون قادرة على الشحن بسرعة غير مسبوقة. تهدف هذه النتائج إلى تبديد الشكوك التي أحاطت بإمكانية إنتاج هذه التقنية على نطاق واسع وتجاوز العقبات التي واجهت جهوداً سابقة. وقد أظهرت الاختبارات، التي أجراها مركز VTT التقني الفنلندي المملوك للدولة، قدرة البطارية على الشحن بسرعة فائقة مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون التقليدية، مع الحفاظ على سعتها بنسبة عالية.
تُعتبر البطاريات ذات الحالة الصلبة، التي غالباً ما توصف بـ “الكأس المقدسة” في عالم تخزين الطاقة، محور اهتمام الباحثين لعقود. على عكس بطاريات الليثيوم أيون الحالية التي تستخدم إلكتروليت سائل، تعتمد البطاريات الصلبة على مواد موصلة جافة، مما يعد بزيادة كثافة الطاقة وتقليل مخاطر الاحتراق الذاتي. تسعى Donut Lab من خلال بطاريتها المبتكرة إلى تجاوز هذه التحديات، وتقديم حلول شحن قد تختصر وقت التوقف بالسيارات الكهربائية من دقائق طويلة إلى ما يشبه تعبئة الوقود التقليدية.
نتائج اختبارات الشحن السريع
كشفت نتائج الاختبارات التي أجراها مركز VTT عن أداء لافت لبطارية Donut Lab. في بعض السيناريوهات، تمكنت البطارية من الشحن من 0 إلى 80% في حوالي 9.5 دقيقة، مع الحفاظ على 100% من سعتها الأصلية. وفي سيناريوهات أخرى، وصلت نسبة الشحن إلى 80% في حوالي 4.5 دقائق فقط، مع الاحتفاظ بنسبة 99% من السعة. هذه الأرقام تتجاوز بكثير قدرات شحن بطاريات الليثيوم أيون الحالية، والتي غالباً ما تتطلب أكثر من 30 دقيقة للوصول إلى نسبة شحن مماثلة، وغالباً ما يصاحبها تدهور في أداء البطارية.
تم تقييم سرعة الشحن باستخدام مقياس “C-rate”، حيث يمثل 1C الشحن الكامل خلال ساعة واحدة. بينما تشحن بطاريات الليثيوم أيون التقليدية عادةً بمعدل 1C إلى 3C مع الحاجة إلى أنظمة تبريد نشطة، فإن بطارية Donut Lab أظهرت قدرة على الشحن بمعدلات أعلى بكثير، وصلت إلى 5C وحتى 11C، وذلك باستخدام أنظمة تبريد سلبية فقط. أظهرت الاختبارات أنه عند معدل شحن 5C، تم شحن خلية البطارية إلى 80% في حوالي 9.5 دقيقة، وإلى 100% في حوالي 12 دقيقة، مع استعادة كامل السعة المشحونة عند التفريغ.
السلوك الحراري ومتطلبات التبريد
أحد الجوانب الحاسمة في اختبارات البطاريات ذات الحالة الصلبة هو قدرتها على التعامل مع الحرارة الناتجة عن الشحن السريع، خاصة بدون أنظمة تبريد معقدة. في هذه الاختبارات، سعى فريق VTT إلى إثبات أن بطارية Donut Lab لا تتطلب أنظمة تبريد سائل ثقيلة ومكلفة، وهي ميزة رئيسية للبطاريات الصلبة. تم إجراء الاختبارات عبر وضع البطارية بين قطعتي ألومنيوم، أو على قطعة معدنية واحدة، مع مراقبة مستمرة لدرجات الحرارة.
خلال إحدى التجارب، ومع استخدام لوحة تبريد واحدة فقط، ارتفعت درجة حرارة البطارية لتصل إلى حد الأمان البالغ 90 درجة مئوية، مما استدعى إيقاف الجهاز تلقائيًا لمنع أي ضرر. اكتشف الباحثون أن التلامس لم يكن محكمًا بما يكفي، وقاموا بشد البطارية لتحسين الاتصال الحراري، مما سمح بتبديد الحرارة بكفاءة أكبر إلى المعدن. تؤكد هذه التجربة على أهمية التصميم الميكانيكي والتوصيل الحراري الجيد لضمان عمل البطارية بأمان وكفاءة.
مزايا البطارية الصلبة ومقارنتها بالتقنيات الحالية
تتميز بطاريات الحالة الصلبة، مثل تلك التي تطورها Donut Lab، بالعديد من المزايا المحتملة مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون. تدعي Donut Lab أن بطاريتها توفر كثافة طاقة تبلغ 400 واط-ساعة لكل كيلوغرام، وهو ما يتجاوز المعدل الحالي لبطاريات الليثيوم أيون الذي يتراوح بين 200 و 300 واط-ساعة لكل كيلوغرام. بالإضافة إلى ذلك، تدعي الشركة أن بطاريتها يمكن أن تدوم لما يصل إلى 100,000 دورة شحن وتفريغ، مقارنة بـ 1,500 إلى 3,000 دورة للبطاريات التقليدية.
وفقًا لـ Ville Piippo، المدير التقني لشركة Donut Lab، فإن بطاريتها “لا تتطلب ضغطًا خاصًا أو تبريدًا إضافيًا” على عكس بعض التقنيات الصلبة الأخرى التي تواجه صعوبات بسبب تغيرات الحجم أثناء الشحن. هذا التبسيط في التصميم، بحسب Piippo، يقلل من تعقيد حزم البطاريات ويجعل الحلول النهائية أكثر فعالية من حيث التكلفة وقوة، مع تفوقها على بطاريات الليثيوم أيون من حيث كثافة الطاقة والقدرة.
Impact Analysis
تشكل نتائج اختبارات بطارية Donut Lab خطوة واعدة نحو تحقيق ثورة في تكنولوجيا تخزين الطاقة للسيارات الكهربائية. إذا ثبتت هذه النتائج وقابليتها للتوسع تجارياً، فقد يؤدي ذلك إلى تقصير كبير في أوقات الشحن، مما يجعل السيارات الكهربائية أكثر جاذبية للمستهلكين الذين يخشون من طول فترة الشحن. كما أن تحسين كثافة الطاقة وإطالة عمر البطارية يمكن أن يزيد من مدى السيارات الكهربائية ويقلل من تكاليف الاستبدال على المدى الطويل. ومع ذلك، لا تزال هناك أسئلة مهمة لم تتم الإجابة عليها، مثل التأكد من الكيمياء الدقيقة للبطارية ومعالجة مشكلة “تكون التشعبات” (dendrites) التي قد تسبب قصورًا كهربائيًا في البطاريات الصلبة. ستحتاج Donut Lab إلى تقديم المزيد من الاختبارات المستقلة والدراسات التفصيلية لتأكيد قدراتها الكاملة وطمأنة السوق بشأن موثوقية تقنيتها على المدى الطويل.
