كيف تقارن بطاريات الحالة الصلبة ببطاريات ليثيوم أيون من حيث السلامة؟

هل سبق لك أن كنت قلقًا بشأن ارتفاع درجة حرارة هاتفك أو حتى تنفجر أثناء شحنه؟ هل شعرت يومًا بالقلق إزاء سلامة البطارية بعد رؤية تقارير إخبارية عن أن الطائرات بدون طيار تصطاد النار بسبب مشكلات البطارية؟ من بين الأنواع المختلفة من البطاريات المتاحة ،بطاريات الحالة الصلبة وبطاريات ليثيوم أيونغالبا ما تقارن. أيهما أكثر أمانًا؟

لاستكشاف هذا السؤال ، نحتاج إلى البدء بالمكونات الأساسية للبطاريات.

1. المنحل بالكهرباء: خط الدفاع الأول من أجل السلامة

عادة ما تستخدم بطاريات الليثيوم أيون الشوارد السائلة العضوية ، والتي لديها درجة معينة من القابلية للاشتعال. عندما تتعرض البطارية للتأثير الميكانيكي أو الشحن المفرط أو درجات الحرارة المرتفعة ، يمكن أن تحدث الدوائر القصيرة الداخلية ، مما يسبب ارتفاعًا سريعًا في درجة الحرارة. قد يتحلل المنحل بالكهرباء السائل ويطلق الغازات القابلة للاشتعال ، مما يؤدي إلى الاحتراق أو حتى الانفجارات ، والتي يرتبط الكثير منها بعدم استقرار المنحل بالكهرباء السائل.

في المقابل، شبه صلبة الحالة استخدم الشوارد الصلبة مثل السيراميك أو البوليمرات ، والتي تظهر الاستقرار الكيميائي الممتاز وعدم قابلية الارتداد. حتى في ظل الظروف القاسية ، من غير المرجح أن تتحلل الشوارد الصلبة أو تسرب ، مما يقلل بشكل كبير من خطر الحريق أو الانفجار. الشوارد الصلبة الكبريتيد لها نقطة اشتعال تتجاوز 500 درجة مئوية ، بينما تظل الشوارد أكسيد مستقرة حتى عند 800 درجة مئوية.

من الناحية الهيكلية ، فإن الأقطاب الكهربائية في بطاريات أيون الليثيوم متباعدة عن كثب ، مما يجعلها عرضة للنمو الشجيري. الشعوعات هي بلورات تشبه الأشجار التي تتشكل من خلال ترسب غير متساو من أيونات الليثيوم على سطح القطب أثناء الشحن والتفريغ. 

يمكنهم اختراق الفاصل ، مما تسبب في الدوائر القصيرة الداخلية وحوادث السلامة. في المقابل ، فإن الشوارد الصلبة في بطاريات الحالة الصلبة تتمتع بقوة ميكانيكية عالية ، مما يثبط بشكل فعال نمو الشجيرة واختراقها ، مما يعزز سلامة البطارية.

2. منافسة البقاء على قيد الحياة في البيئات القاسية

عند -20 درجة مئوية ، يصبح المنحل بالكهرباء السائل في بطاريات الليثيوم أيون لزجًا ، مما يسبب انخفاضًا حادًا في كفاءة الموصلية الأيونية. هذا لا يقلل من عمر البطارية فحسب ، بل قد يؤدي أيضًا إلى تفاقم نمو dendrite بسبب الشحن والتفريغ غير المتكافئ. في المقابل،بطاريات الحالة الصلبةيمكن أن يؤدي استخدام الشوارد الكبريتيد إلى الحفاظ على أكثر من 70 ٪ من قدرتها عند -40 درجة مئوية ، ومعدل نمو التغصن في درجات حرارة منخفضة هو خُمس بطاريات الليثيوم أيون فقط.

تصبح الفجوة أكثر وضوحًا في بيئات درجات الحرارة العالية. عندما تصل درجة الحرارة المحيطة إلى 45 درجة مئوية ، تتطلب بطاريات الليثيوم أيون نظام تبريد للحفاظ على السلامة ، في حين أن بطاريات الحالة الصلبة ، بعد 500 دورة من الشحن المستمر والتفريغ عند 60 درجة مئوية ، تظهر فقط زيادة بنسبة 3 ٪ في تدهور السعة مقارنة بظروف درجة حرارة الغرفة.

3. تحقيق التوازن بين السلامة في عملية التسويق

ومع ذلك ، تواجه بطاريات الحالة الصلبة حاليًا بعض التحديات.

على سبيل المثال ، تكون تكاليف الإنتاج مرتفعة نسبيًا ، وعملية التصنيع أكثر تعقيدًا ، مما يحد إلى حد ما من تطبيقها على نطاق واسع. بطاريات ليثيوم أيون ، من ناحية أخرى ، خضعت لسنوات من التطوير ، مع التكنولوجيا الناضجة نسبيا وخفض التكاليف ، مما يجعلها مهيمنة في السوق.

على الرغم من أن بطاريات الحالة الصلبة توفر نظريًا أمانًا فائقة ، إلا أنها لا تزال بحاجة إلى مواجهة التحديات العملية في هذه المرحلة.

لم يتم بعد حل مشكلة مقاومة الواجهة في بطاريات الحالة الصلبة بالكامل ، وقد اعتمدت بعض الشركات المصنعة "دولة شبه صلبة"المحلول الانتقالي - يحتفظ بكمية صغيرة من المنحل بالكهرباء السائل لتعزيز الموصلية.

اختيار البطارية هو اختيار فلسفة السلامة بشكل أساسي: بطاريات الليثيوم أيون تشبه سكاكين الجيش السويسري الدقيق ، وتحقيق السلامة التي يمكن التحكم فيها من خلال تدابير الحماية المعقدة ؛ تشبه بطاريات الحالة الصلبة صخرة صلبة ومستقرة بطبيعتها ومقاومة للمخاطر.

بشكل عام ، من حيث السلامة ، القمامة الصلبة في الواقع ، تتمتع بميزة على بطاريات الليثيوم أيون بسبب خصائص الشوارد في الحالة الصلبة والتصميم الهيكلي المتفوق. مع استمرار التقدم التكنولوجي ، من المتوقع أن تنخفض تكلفة بطاريات الحالة الصلبة تدريجياً ، وقد تحل محل بطاريات ليثيوم أيون في نهاية المطاف في المزيد من التطبيقات ، مما يوفر حلول طاقة أكثر أمانًا لحياتنا.  

لمعرفة المزيد عن القمامة الصلبة أو استكشاف خيارات لاحتياجاتك المحددة؟ فريقنا في Zye هنا للمساعدة.

نحن متخصصون في تقنيات البطارية المتطورة ويمكننا تقديم إرشادات خبراء بشأن اختيار الحل الصحيح لتطبيقك.

لا تتردد في التواصل معنا في coco@zyepower.com لمزيد من المعلومات أو لمناقشة متطلباتك. دعونا نؤيد المستقبل معًا!