يتقدم الباحثون والشركات في تطوير البطاريات ذات الحالة الصلبة، التي تعد بسيارات كهربائية أكثر أمانًا ومدى أطول وشحن أسرع. قد تظهر النماذج الأولية في السيارات بحلول عام 2027، مع استهداف التسويق التجاري لعام 2030. تظل التحديات التصنيعية العقبة الرئيسية رغم الاختراقات في المواد السوبريونية.
تمثل البطاريات ذات الحالة الصلبة تقنية الجيل التالي للسيارات الكهربائية (EV)، مصممة لتكون أخف وزنًا وأكثر إحكامًا وأمانًا من البطاريات الحالية لأيونات الليثيوم من خلال استبدال الإلكتروليتات السائلة القابلة للاشتعال بإلكتروليتات صلبة. يمكن لهذه البطاريات تمكين السيارات الكهربائية من السفر لمسافة 400 إلى 600 ميل بشحنة واحدة وإعادة الشحن في دقائق، مما يعالج قلق المدى وأوقات الشحن التي تستغرق حاليًا نصف ساعة أو أكثر.
تم إثبات جدوى البطاريات ذات الحالة الصلبة في المختبرات حول العالم، لكن توسيع الإنتاج بتكاليف مقبولة هو التحدي الرئيسي. 'إذا نظرت إلى ما ينشره الناس كخارطة طريق من الصناعة، فإنهم يقولون إنهم سيسعون لعروض نماذج أولية حقيقية لبطاريات الحالة الصلبة في سياراتهم بحلول 2027 وسيحاولون التسويق التجاري واسع النطاق بحلول 2030'، يقول جون ليو، عالم مواد في جامعة واشنطن.
الاختراقات في المواد السوبريونية، التي تم اكتشافها على مدى العقود الثلاثة الماضية، تسمح لأيونات الليثيوم بالتوصيل بسرعة مماثلة للإلكتروليتات السائلة، أو أسرع. تمكن هذه المواد من كثافة طاقة أعلى، مع إمكانية استخدام أقطاب ليثيوم-معدنية تخزن 10 أضعاف الطاقة لكل غرام مقارنة بأقطاب الغرافيت في بطاريات أيونات الليثيوم. تتجنب مثل هذه الأقطاب مشكلات مثل تشكل الديندريت، الذي يمكن أن يسبب قصر دائرة أو حرائق في الأنظمة القائمة على السوائل.
بطاريات أيونات الليثيوم، التي تم تحسينها على مدى 30 عامًا، تكلف الآن 115 دولارًا لكل كيلووات-ساعة اعتبارًا من أبريل 2025، انخفاضًا من 7500 دولار في 1991، مع توقعات بـ80 دولارًا بحلول 2030. تغذي معظم السيارات الكهربائية اليوم، مع معدلات حريق حوالي 25 لكل 100,000 مركبة مباعة—أقل بكثير من 1500 للسيارات التي تعمل بالبنزين. ومع ذلك، يخلق الركود في الأداء في سرعة الشحن وكثافة الطاقة فرصًا لتقنية الحالة الصلبة.
تصل الاستثمارات في تطوير الحالة الصلبة إلى مليارات على المستوى العالمي، مع شراكات تشمل تويوتا وفولكس فاجن وشركات ناشئة مثل كوانتوم سكيب. الإلكتروليتات الكبريتيدية، الحساسة للرطوبة ومحتمل السمية إذا انفجرت، هي مرشحة مبكرة للتكامل في خطوط التصنيع الحالية. البدائل الأكسيدية تقدم الاستقرار لكنها تتطلب معالجة متخصصة بسبب الهشاشة.
'كل شركة سيارات قالت إن البطاريات ذات الحالة الصلبة هي المستقبل'، يلاحظ إريك واتشمان من جامعة ماريلاند. قد يستهدف التبني المبكر التطبيقات عالية الأداء مثل السيارات الكهربائية والطائرات بدون طيار والطيران الكهربائي، حيث تكون الطاقة والقوة والسلامة الأعلى حاسمة. تسيطر الصين على 70% من إنتاج أيونات الليثيوم، مما يجعل الحالة الصلبة فرصة استراتيجية للدول الأخرى.