في وقت سابق من هذا العام، ظهرت شركة ناشئة غير معروفة نسبيًا من فنلندا أصدر إعلانا مذهلا: لقد تمكنت أخيرًا من حل مشكلة بطاريات الحالة الصلبة.
ليس هذا فحسب، بل قالت شركة Donut Lab، وهي شركة تابعة لشركة Verge Motorcycles، إن بطاريتها ذات الحالة الصلبة – التي تعتبر منذ فترة طويلة “الكأس المقدسة للبطاريات” لقدراتها العالية الكثافة والمتينة والشحن السريع – ستدخل حيز الإنتاج في وقت لاحق من هذا العام.
كان خبراء البطاريات متشككين بشكل مفهوم. بعد كل شيء، تعد بطاريات الحالة الصلبة إحدى تلك التقنيات، إلى جانب الذكاء العام الاصطناعي و الهايبرلوب، والذي يبدو دائمًا على بعد عامين. وفي حين أن معظم الجهود المشروعة في هذا المجال – سواء كانت أكاديمية أو تجارية – تحتوي على مستوى معين من الأبحاث المنشورة أو الأسماء المعروفة، يبدو أن دونات لاب قد ظهر من العدم، مع عدم وجود باحثين معروفين أو وجود سابق في هذا المجال. أثار هذا النقص في إمكانية التتبع على الفور مخاوف بشأن مصداقية الشركة الناشئة.
وقال إريك واكسمان، مدير معهد ميريلاند لابتكار الطاقة والخبير في بطاريات الحالة الصلبة وخلايا وقود الأكسيد الصلب: “لا أستطيع أن أقول إنهم لم يفعلوا ذلك”. “كل ما يمكنني قوله هو أنهم لم يثبتوا أنهم فعلوا ذلك.”
ويبدو أن هذه الشكوك مبررة، خاصة عندما تفكر في عدد الأشخاص الآخرين الذين كانوا يطاردون حلم الدولة الصلبة. هل كنا نصدق حقًا أن هذه الشركة الناشئة الغامضة قد تغلبت على تويوتا وستيلانتس وأمة الصين بأكملها؟ وكانت الاحتمالات ضدها.
يبدو أن شركة Donut Lab توقعت هذا الشك، حيث أطلقت موقعًا على شبكة الإنترنت في فبراير الماضي يسمى idonut Believe.com سيكون بمثابة منصة لنشر اختبارات مستقلة للتحقق من أن بطاريته ذات الحالة الصلبة حقيقية ومذهلة. على مدار عدة أسابيع، نشرت الشركة الناشئة نتائج من طرف ثالث من مركز الأبحاث التقنية VTT المملوك للدولة في فنلندا، والتي قالت إنها أثبتت أن بطاريتها هي كما قالت: شحن سريع, بطارية الحالة الصلبة عالية الكثافة للطاقة الذي – التي لم يكن في الواقع مكثفًا فائقًا مقنعًا.
وقال ماركو ليهيماكي، الرئيس التنفيذي والمؤسس المشارك لشركة Donut Lab، في مقطع فيديو: “لن تختفي المقاومة عندما نقدم الدليل”. “سوف تتكثف لأن هذه التكنولوجيا الجديدة تشكل تهديدا للاعبين الراسخين في الصناعة.”
لكن دونات لاب لا يزال يخفي الكرة بشأن بعض المعلومات الأساسية. وفي معرض CES في يناير الماضي، قالت الشركة الناشئة إن بطاريتها ذات الحالة الصلبة تتمتع بكثافة طاقة تبلغ 400 وات في الساعة لكل كيلوغرام، أي ما يقرب من ضعف بطاريات فوسفات الليثيوم الحديد النموذجية (LFP) قيد الإنتاج. ليس هذا فحسب، بل يمكن شحنه بالكامل في خمس دقائق، وله عمر غير محدود عمليًا يبلغ 100000 دورة شحن، ولم يتأثر بالحرارة والبرودة (30 درجة مئوية سلبية و100 درجة مئوية)، ولا يحتوي على عناصر أرضية نادرة أو معادن ثمينة أو إلكتروليتات سائلة قابلة للاشتعال.
ولا يزال الكثير من ذلك غير مثبت. حتى بعد نشر خمسة تقارير اختبار مستقلة من VTT، لم تقم الشركة الناشئة بعد بإظهار ثلاثة من أهم المقاييس: الكيمياء، والكثافة، ودورة الحياة.
إن المخاطر مرتفعة بشكل لا يصدق. تخيل سيارة كهربائية يمكنها السفر لمسافة 700-800 ميل بشحنة واحدة، ولم تكن معرضة لخطر الاشتعال بسبب استبدال الإلكتروليتات القابلة للاشتعال بمادة صلبة.
في بطاريات الليثيوم أيون، تولد حركة الإلكتروليتات السائلة حرارة، وفي حالات معينة، يمكن أن ينزلق هذا إلى تأثير “حراري هارب” يؤدي إلى نشوب حريق. بالمقارنة، فإن بطاريات الحالة الصلبة ستجعل سحب الطاقة بسرعة من البطارية (أو إضافتها إليها مرة أخرى) أكثر أمانًا، مما يعني أنه يمكنك نظريًا شحن السيارة الكهربائية بشكل أسرع. وقد يعني ذلك أيضًا، من الناحية الهيكلية، أنه يجب تخصيص مساحة أقل للتحكم في درجة الحرارة، مما قد يسمح للشركات بضغط المزيد من خلايا البطارية في نفس الحجم.
وبعد مراجعة اختبارات بطارية الدونات، قال واكسمان أنه لا تزال هناك مخاوف كبيرة. أثناء اختبارات الحرارة الشديدة، على سبيل المثال، الحقيبة المحيطة ببطارية دونات فقدت ختم فراغها. يمكن أن يؤدي توليد الغاز داخل البطاريات — الناتج عن عمليات مثل تحلل الإلكتروليت أو إطلاق الأكسجين — إلى تورم وتمزق جراب البطارية. ولكن من دون معرفة الكيمياء الدقيقة للخلية، من الصعب تحديد مدى أهمية تعرض بطارية دونات لهذا العطل.
إذا وضعنا جانبًا بطارية الدونات جانبًا للحظة، فقد كافحت بطاريات الحالة الصلبة للتخرج من المختبر إلى خط التجميع بسبب مشاكل موثقة جيدًا. غالبًا ما تعاني هذه البطاريات من تكوين شقوق معدنية تسمى التشعبات والتي تسبب قصر الدائرة الكهربائية. فكر فيها مثل الشقوق التي تتشكل على الرصيف عندما ينمو جذر الشجرة تحتها.
لقد كانت التشعبات شوكة في خاصرة مطوري البطاريات منذ السبعينيات. أحد أسباب انتشار بطاريات الليثيوم أيون في كل مكان، في حين توقفت الطرق الأخرى، هو أن أنودات الجرافيت شائعة الاستخدام أقل عرضة لتكوين التغصنات.
لكن الاكتشافات الجديدة يمكن أن تساعد المهندسين في التغلب على هذه العقبات أخيرًا. فريق بحث من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مؤخرا نشرت دراسة في طبيعة وجدت أن التفاعلات الكيميائية الناجمة عن التيارات الكهربائية العالية التي تضعف المنحل بالكهرباء تجعله أيضًا أكثر عرضة لنمو التشعبات. ولهذا السبب فإن تطوير إلكتروليتات أقوى وحده لم يحل مشكلة التغصنات المستمرة منذ عقود. ويمكن أن يشير ذلك إلى أهمية تطوير مواد أكثر استقرارًا كيميائيًا للوفاء أخيرًا بوعد بطاريات الحالة الصلبة.
لقد تم إحراز تقدم بالفعل – في أي مكان آخر؟ — في الصين. في الشهر الماضي، قدمت شركة CATL، التي تسيطر على ما يقرب من 40 بالمائة من سوق البطاريات العالمية، طلب براءة اختراع لبطاريات الحالة الصلبة بكثافة طاقة تبلغ 500 واط في الساعة. وفق أخبار السيارات الصينية، تخطط شركة تصنيع البطاريات بالفعل للإنتاج على نطاق صغير في عام 2027. لكن الخلايا المخصصة للسيارات لن تكون جاهزة على الأرجح حتى نهاية العقد.
وتتسارع الشركات الصينية الأخرى إلى الأمام. قالت شركة صناعة السيارات FAW مؤخرًا أن خلية المنغنيز الغنية بالليثيوم “ذات الحالة الصلبة السائلة” والتي تبلغ قدرتها 500 وات في الساعة/كجم كانت جاهزة للتكامل مع المركبات.
وتضع الصين بالفعل الأساس للإنتاج الضخم بحلول نهاية العقد، وتأمل بحلول هذه المرحلة أن تكون التكنولوجيا ناضجة. ولماذا لا؟ لقد أخذت هذه الدولة تطوير المركبات الكهربائية والبطاريات على محمل الجد لسنوات، مما سمح لها باحتكار السوق على جزء كبير من المعروض العالمي.
الشركات المختلفة تتخذ أساليب مختلفة. على سبيل المثال، تلتزم شركة هوندا الشوارد القائمة على الكبريت على الرغم من البدائل الناشئة. في أكتوبر الماضي، أعلنت شركة تويوتا “أول استخدام عملي في العالم لبطاريات الحالة الصلبة بالكامل في السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطارية” بحلول عام 2027 أو 2028. وتمكنت مرسيدس، باستخدام بطارية نموذجية من شركة Startup Factorial، من الحصول على سيارة سيدان EQS كهربائية بنطاق حقيقي يبلغ 749 ميلاً.
وقالت أليفتينا سميرنوفا، مديرة مركز الأبحاث التعاونية لتخزين الطاقة الكهربائية في الحالة الصلبة التابع لجامعة NSF الصناعية: “من المحتمل أن يكون لدى الشركات طرق لتقطعها”. “لأنه لا توجد مقارنة بين ما يحدث الآن في الصين وما يحدث هنا في الولايات المتحدة”.
من جانبها، لا تشعر شركة دونات لاب بالقلق من الشكوك المحيطة بمزاعمها. في الأول من أبريل، نشرت شركة Lehtimäki مقطع فيديو جديدًا يتناول بعض الجدل الدائر حول بطارياتها ذات الحالة الصلبة. وكشف أيضًا أن شركة Donut Lab قد أنشأت نسخة ثانية أكثر استعدادًا للإنتاج من بطاريتها والتي ستبدأ في الشحن للعملاء في وقت لاحق من هذا العام.
كان هناك اعتراف حاسم: إن رقم “100 ألف دورة” الذي تمت مناقشته على نطاق واسع كان هدفًا للتصميم، وليس نتيجة تم التحقق منها تجريبيًا. تم إجراء الاختبار الفعلي على مدار دورات أقصر، مع استقراء التوقعات بناءً على المتغيرات المعروفة مثل معدل الشحن ودرجة الحرارة وظروف الاستخدام.
ثم تحول بعد ذلك إلى مشروع على المدى القريب: أحدث قطرة من سلع Donut Lab، بما في ذلك قبعة دلو مغطاة بورق القصدير.
