تفاوت باتری‌های حالت جامد با لیتیوم یون چیست و چرا به‌زودی دنیا را دگرگون می‌کنند؟
پس از سال‌ها صحبت و خبرپراکنی درباره باتری‌های حالت جامد (Solid-state battery)، سرانجام این نوع باتری‌ها در برخی صنایع مانند پهپادها و خودروها مورد استفاده قرار گرفتند.
پیش‌بینی می‌شود در سال ۲۰۱۹ باتری‌های جدید به طور گسترده‌تری در سایر تجهیزات به کار گرفته شوند و تا سال ۲۰۲۱ این باتری‌ها به طور فراگیر در خودروهای الکتریکی مشاهده شوند.
باتری‌های حالت جامد مزیت‌های بزرگی نسبت به باتری‌های لیتیوم یون دارند و می‌توانند به طور کلی این باتری‌های قدیمی و سنتی را از دور خارج کنند.
باتری‌های حالت جامد سه مزیت بزرگ دارند: عمر و ظرفیت بیشتر، زمان شارژ کمتر و امنیت بیشتر!
تفاوت باتری حالت جامد با لیتیوم یون
ساختار هر دو باتری تا حدود زیادی به یکدیگر شبیه است و تفاوت کلیدی‌شان در جنس الکترولیت است.
در این باتری‌ها دو الکترود آند و کاتد وجود دارد که باید در یک الکترولیت قرار بگیرند. در باتری‌های لیتیون یون این الکترولیت، مایع نمک لیتیوم است. یون‌ها درون مایع نمک لیتیوم از یک الکترود به سوی الکترود دیگر می‌روند و برعکس.
اما در باتری‌های Solid-state بین الکتروها و الکترولیت فلزات جامد قرار می‌گیرند و دیگر از مایع نمک لیتیوم خبری نیست. حذف مایع نمک مزایای زیادی برای این باتری‌ها دارد.
الکترولیت جامد همان عملکرد مایع نمک لیتیوم در باتری‌های سنتی را دارد و یک ترکیب شیمیایی رسانا و جامد برای برقراری جریان الکتریکی میان آند و کاتد استفاده می‌کند ولی مواد تشکیل‌دهنده آن باعث افزایش ظرفیت، کاهش مدت زمان شارژ و ایمنی می‌شود.
تا کنون هشت نوع باتری حالت جامد ساخته شده است که همگی آنها در جنس فلزات و ترکیب شیمیایی الکترولیت جامد با هم متفاوت هستند. هنوز محققان در حال آزمایش برای یافتن بهترین نوع الکترولیت جامد هستند.
مزایا و معایب
چون درون باتری‌های حالت جامد، بخش‌های آند، کاتد و الکترولیت چند لایه مسطح هستند و الکترودها درون الکترولیت مایع قرار ندارند؛ بنابراین حجم کوچک‌تری پیدا کرده و امکان ساخت باتری‌هایی با انرژی بیشتر در اندازه کوچک‌تر فراهم می‌شود.
تصور کنید به جای باتری لیتیون یونی اسمارت‌فون، تبلت و لپ‌تاپ شما از یک باتری حالت جامد ولی مدت زمان شارژ بیشتر استفاده شود.
در باتری‌های حالت جامد از مواد سمی و آتش‌زا استفاده نمی‌شود. افزون بر این، همانند باتری‌های سنتی گرما تولید نمی‌کنند. پس، امکان آتش‌سوزی یا انفجار آنها وجود ندارد. این مزیت بزرگ در صنایع مانند خودران‌ها یا اسمارت‌فون‌ها بسیار اهمیت دارد.
مزیت بعدی باتری‌های Solid-state به مدت زمان شارژ سریع آنها برمی‌گردد. چون یون‌ها یا الکترون‌ها بسیار سریع‌تر میان کاتد و آند جابه‌جا می‌شوند.
براساس پژوهش‌هایی که به تازگی انجام شده است، باتری‌های حالت جامد از لحاظ ظرفیت ۵۰۰ بار از باتری‌های معمولی بهتر عمل می‌کنند. سرعت شارژ این باتری‌ها ۱۰ برابر باتری‌های معمولی است.
اما هزینه تولید این باتری‌ها بسیار بالا است. به علت نبودن یک خط تولید انبوه برای این باتری‌ها؛ تا کنون استفاده انبوه از این باتری‌ها در هیچ صنعتی اتاق نیفتاده است.
همین‌طور، مواد تشکیل‌دهنده این باتری‌ها از جمله فلزات، آلیاژها و نمک‌های فلزی به راحتی به دست نمی‌آیند و رسیدن به بهترین ترکیب شیمیایی آنها در مصارف مختلف کمی سخت است.
