قطعت تقنية البطارية^(Battery) شوطًا طويلاً على مر السنين. ستكون الأدوات مثل الطائرات بدون طيار^(drones) والهواتف الذكية غير عملية بدون تكنولوجيا البطاريات الحديثة. 

ومع ذلك ، يمكن أن تكون البطاريات دائمًا أفضل! 

يبدو أن بطاريات الحالة الصلبة هي التطور الكبير التالي والمنتجات التي تستخدمها قاب قوسين أو أدنى. هذا يعني أن الآن هو الوقت المثالي للتعرف على ماهيتها وسبب أهميتها.

ماذا تعني "الحالة الصلبة"؟

سواء كانت بطارية سيارة من حمض الرصاص ، أو مستهلكات قلوية ، أو بطاريات ليثيوم بوليمر^{(lithium polymer batteries)} في الهاتف ، فإنهم جميعًا يستخدمون إلكتروليت سائل. المحلول الكهربائي عبارة عن مادة موصلة تربط بين طرفي البطارية الداخليين. تتدفق الإلكترونات عبر الإلكتروليت ، مما يسمح للبطارية بتكوين شحنة كهربائية أو تفريغها.

تستخدم بطارية الحالة الصلبة إلكتروليتًا صلبًا ، بدلاً من السائل المنحل بالكهرباء التقليدي. هذا هو الاختلاف الأساسي الوحيد بين تقنيتي البطارية. يبدو الأمر بسيطًا بدرجة كافية ، لكن المهندسين والعلماء ظلوا يكافحون لعقود من الزمن للتوصل إلى مادة صلبة يمكن أن تكون بمثابة إلكتروليت.

ما الصعب^(Hard) في بطاريات الحالة الصلبة^{(Solid State)} ؟

توفر المواد المختلفة ، مثل السيراميك ومعادن الليثيوم ، إمكانات مثل إلكتروليتات الحالة الصلبة. المشكلة هي أن أسلوب السيراميك أدى إلى ضعف أداء البطارية. تعتبر معادن الليثيوم واعدة ، لكن بها عيب فادح. عندما يتم شحن البطارية وتفريغها ، تنمو "التشعبات" المعدنية من خلال الإلكتروليت. يمكن للبطارية أن تحدث دائرة قصر وتتحول إلى خطر.

لقد كان إيجاد حلول عملية ومجدية اقتصاديًا لهذه القضايا مهمة العديد من الشركات وفرق البحث على مدى السنوات القليلة الماضية. الآن هذا العمل على وشك أن يؤتي ثماره. 

لماذا تذهب من خلال كل هذه المتاعب؟ لنلقِ نظرة على الفوائد التي تعد بها بطاريات الحالة الصلبة على البطاريات التقليدية.

أمان

تخزن البطاريات كميات كبيرة من الطاقة وهناك دائمًا خطر يتمثل في إمكانية إطلاق هذه الطاقة بطريقة غير خاضعة للرقابة. عندما يحدث ذلك ، يمكن أن يعني اندلاع حريق وانفجارات وغير ذلك من النتائج غير المرغوب فيها. تعد بطاريات الحالة الصلبة ، بافتراض حل مشكلة التغصنات ، بأن تكون أكثر أمانًا واستقرارًا. لسبب واحد ، أنها ليست قابلة للاشتعال ، لذا يجب أن تكون حرائق البطاريات شيئًا من الماضي.

هذا ليس مهمًا للسيارات الكهربائية فقط مثل السيارات والطائرات بدون طيار ، ولكن أيضًا للإلكترونيات الشخصية مثل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. يصاب الكثير من الناس كل عام بنيران البطاريات في أجهزتهم الإلكترونية. نتيجة لذلك ، تم حرق منازل بالكامل وسويت بالأرض!

سرعة الشحن

يمكن شحن بطاريات الليثيوم الحديثة بسرعات مذهلة^{(charge at impressive speeds)} ، لكنها لا تزال تستغرق وقتًا طويلاً حتى تمتلئ. هناك حد لكمية الطاقة التي يمكنك ضخها في بطارية أيونات الليثيوم التقليدية قبل أن تنحرف كلها بشكل جانبي. تعد بطاريات الحالة الصلبة بشحن أسرع بست مرات من البطاريات التي نستخدمها حاليًا. هذا يعني شحن هاتفك من فارغ إلى ممتلئ في خمس دقائق أو charging an electric car to 80% in 15 .

سعة الطاقة وحجمها

تتمتع بطاريات الليثيوم^(Lithium) أيون حاليًا بأعلى كثافة طاقة من أي نوع بطارية يتم بيعها للجمهور. ومع ذلك ، فهي لا تزال أقل كثافة من البنزين بعدة مرات. في حين أن بطاريات الحالة الصلبة لا تجعل البطاريات على قدم المساواة مع الغاز ، إلا أنها تعد بأكثر من ضعف كثافة الطاقة لكل حجم. 

بمعنى آخر ، إذا قمت بتغيير البطارية في هاتفك باستخدام نموذج الحالة الصلبة ، فيمكن نظريًا تشغيلها مرتين دون زيادة في الحجم. هذه نقطة بيع كبيرة أخرى للسيارات الكهربائية ، والتي لا تحظى بشعبية كبيرة ، وذلك بفضل القلق من النطاق.

عمر ومتانة

تبدأ معظم بطاريات الليثيوم أيون الحالية في التدهور بعد حوالي 500 دورة تفريغ شحن كاملة. بعد هذه النقطة ، تبدأ البطارية في فقد قدرتها^{(battery begins to lose its capacity)} حتى تتمكن بالكاد من الاحتفاظ بشحن على الإطلاق. في الهواتف الذكية ، التي تميل الآن إلى أن تكون البطاريات محكمة الغلق ، فإن هذا يضع حدًا صارمًا لعمر الجهاز. تعد بطاريات الحالة الصلبة بزيادة هذا الحد بشكل كبير. بقدر خمس مرات. 

لذلك ، في الحالات التي قد تبدأ فيها بطارية الهاتف المعتادة للاستخدام اليومي في التدهور بعد سنتين إلى ثلاث سنوات ، ستظل بطارية الحالة الصلبة في سعتها المقدرة لمدة تصل إلى خمسة عشر عامًا^{(fifteen years)} . في السيارات الكهربائية ، حيث يكون استبدال البطاريات مكلفًا للغاية ، يمكن أن يكون لذلك تأثير كبير على تكلفة ملكية هذه الفئة من المركبات. 

نقاط ضعف بطارية الحالة الصلبة

إذا كان كل هذا يبدو جيدًا لدرجة يصعب تصديقها ، فهناك بعض المحاذير للتكنولوجيا. لا تزال بعض هذه الحلول بحاجة إلى حل قبل تحقيق اعتماد واسع النطاق لتقنية بطاريات الحالة الصلبة.

• ربما تكون التكلفة^{(Cost )} هي الخصم الأكبر. تعمل فرق البحث^(Research) والشركات الناشئة بجد لجعل عملية إنتاج هذه البطاريات أرخص وقابلة للتطوير. تدعي بعض الشركات أنها قريبة ، لكننا لن نعرف مدى نجاحها حتى نرى الأسعار الفعلية للمنتجات التي تحتوي على هذه البطاريات.

• تكافح هذه البطاريات أيضًا في درجات حرارة منخفضة^{(struggle at low temperatures)} . لذلك ، فإن الحلول التي تتضمن عزلها أو إبقائها في درجة حرارة تشغيلية جيدة هي جزء من التحدي.

متى يمكنك شراء بطاريات الحالة الصلبة ؟^{(Solid State)}

هناك عدد قليل من الشركات مثل Solid Power و QuantumScape ، التي تدعي أنها على أعتاب تطبيقات بطاريات الحالة الصلبة التجارية. 

تخطط تويوتا^(Toyota) لطرح سيارات كهربائية تعمل بالبطاريات الصلبة للبيع في وقت مبكر من عام 2021⁽²⁰²¹⁾ . تهدف كل من Solid Power و QuantumScape إلى طرح بطاريات للمركبات في 2022 و 2024 على التوالي. هذا يعني أنه في العامين المقبلين قد نكون في بداية ثورة البطارية. 

هذا قبل أن ندخل في الاحتمالات التي تأتي من استخدام الجرافين. تعد هذه المادة العجيبة ببطاريات أفضل ، سواء كانت تحتوي على إلكتروليتات سائلة أو صلبة. استعصى الحصول على الجرافين للعب الكرة العلماء والمهندسين لفترة أطول من المتوقع ، ولكن يمكنك بالفعل شراء بنك طاقة هجين من الجرافين^{(hybrid graphene powerbank)} الآن. حقا^(Truly) ، المستقبل هنا.

What Are Solid State Batteries and Why Are They Important?

Bаttery technology has cоme a long way over the years. Gadgetѕ like drones and smartphones would be impractical without advanced modern battery technology. 

However, batteries could always be better! 

Solid state batteries seem to be the next big advancement and products that use them are around the corner. This means now is the perfect time to familiarize yourself with what they are and why they’re important.

What Does “Solid State” Mean?

Whether it’s a lead acid car battery, alkaline disposables, or lithium polymer batteries in a phone, they all use a liquid electrolyte. The electrolyte is a conductive substance that connects the two internal terminals of the battery. Electrons flow through the electrolyte, allowing the battery to either build up an electrical charge or to discharge it.

A solid state battery uses a solid electrolyte, instead of the traditional liquid electrolyte. That’s the only fundamental difference between the two battery technologies. It sounds simple enough, but engineers and scientists have been struggling for decades to come up with a solid material that can act as an electrolyte.

What’s Hard About Solid State Batteries?

Various materials, such as ceramics and lithium metals, offer potential as solid state electrolytes. The problem is that the ceramic approach has resulted in poor battery performance. Lithium metals are promising, but have a fatal flaw. As the battery is charged and discharged, metal “dendrites” grow through the electrolyte. The battery can short-circuit and turn into a hazard.

Finding practical and economically viable solutions to these issues has been the mission of several companies and research teams over the past few years. Now that work is about to pay off. 

Why go through all this trouble? Let’s look at the benefits that solid state batteries promise over traditional ones.

Safety

Batteries store large amounts of energy and there’s always a danger that this energy can be released in an uncontrolled way. When that happens, it can mean fire, explosions and other unwanted outcomes. Solid state batteries, assuming the dendrite issue is resolved, promise to be safer and more stable. For one thing, they aren’t flammable, so battery fires should be a thing of the past.

This is not only important for electric vehicles such as cars and drones, but also for personal electronics such as smartphones and laptops. Many people are injured every year by battery fires in their electronic gadgets. Entire houses have been burned to the ground as a result!

Recharge Speed

Modern lithium batteries can charge at impressive speeds, but they still take a long time to fill up. There’s a limit to how much energy you can pour into a traditional lithium ion battery before it all goes sideways. Solid state batteries promise to charge as much as six times faster than the batteries we currently use. That means charging up your phone from empty to full in five minutes or charging an electric car to 80% in 15.

Energy Capacity and Size

Lithium ion batteries currently have the highest energy density of any battery type sold to the public. Yet it’s still many times less dense than gasoline. While solid state batteries don’t bring batteries up to par with gas, it does promise to more than double the energy density per volume. 

In other words, if you changed the battery in your phone using a solid state model, it could theoretically run twice as long without increasing in size. This is yet another big selling point for electric vehicles, which aren’t as popular as they could be, thanks to range anxiety.

Lifespan and Durability

Most current lithium ion batteries start to degrade after about 500 full charge-discharge cycles. After that point the battery begins to lose its capacity until it can barely hold a charge at all. In smartphones, which now tend to have sealed batteries, this puts a hard limit on device lifespan. Solid state batteries promise to greatly increase that limit. As much as five times. 

So, where a typical daily-use phone battery might start to degrade after two to three years, a solid state battery would remain at its rated capacity for up to fifteen years. In electric cars, where the replacement of batteries is extremely costly, that could have a dramatic effect on the cost of ownership for this class of vehicles. 

Solid State Battery Weaknesses

If this all sounds too good to be true, there are a few caveats to the technology. Some of these still need to be solved before widespread adoption of solid state battery technology is achieved.

• Cost is perhaps the greatest foe. Research teams and startup companies are working hard on making the production process for these batteries cheaper and scalable. Some companies claim to be close, but we won’t know how successful they’ve been until we see the actual prices on products with these batteries.

• These batteries also struggle at low temperatures. Therefore, solutions that involve insulating them or keeping them at a good operational temperature are part of the challenge.

When Can You Buy Solid State Batteries?

There are a few companies like Solid Power and QuantumScape, which claim to be at the cusp of commercial solid state battery applications. 

Toyota plans to have solid state battery electric vehicles for sale as early as 2021. Both Solid Power and QuantumScape are aiming for a rollout of batteries for vehicles in 2022 and 2024 respectively.  This means that in the next couple of years we could be right at the start of a battery revolution. 

That’s before we even get into the possibilities that come from using graphene. This wonder material promises even better batteries, whether they have liquid or solid electrolytes in them. Getting graphene to play ball has eluded scientists and engineers for longer than expected, but you can already buy a hybrid graphene powerbank right now. Truly, the future is here.

Related posts

• دليل شراء SSD (محرك أقراص مزود بذاكرة مصنوعة من مكونات صلبة) لعام 2019

• لماذا بلدي Amazon في Spanish؟ اللغة وغيرها من إعدادات Important

• 3 طرق لاتخاذ Photo or Video على جهاز Chromebook

• كيفية Detect Computer & Email Monitoring أو Spying Software

• شقة Panel Display Technology Demystified: TN، IPS، VA، OLED والمزيد

• كيفية تشغيل Caps Lock تشغيل أو إيقاف على Chromebook

• Best Camera Settings ل Portraits

• 8 Ways لتنمو Facebook Page Audience

• كيفية البحث والبحث تغريدات محذوفة شخص ما

• كيفية Search Facebook Friends بواسطة Location، Job، أو School

• كيفية تغيير اللغة على Netflix

• كيفية إنشاء Transparent Background في GIMP

• كيفية إصلاح خطأ Steam "معاملة معلقة"

• كيفية Insert Emoji في Word، Google Docs and Outlook

• ماذا Do BCC and CC Mean؟ فهم Basic Email Lingo

• كيفية Download and Install Peacock على Firestick

• كيفية Mute Someone على Discord

• كيفية Fix Hulu Error Code RUNUNK13

• كيفية تقسيم Screen على Chromebook

• كيفية التحقق Your Hard Drive عن أخطاء