باتری‌ های حالت جامد جدید با طول عمر بالا و بالاترین میزان ذخیره انرژی

باتری‌های حالت جامد (SSBs) به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردی که دارند، به‌شدت مورد توجه خودروسازان قرار گرفته‌اند. این باتری‌ها نه تنها از باتری‌های لیتیوم-یونی فعلی کوچک‌تر و سبک‌تر هستند، بلکه از ایمنی بیشتری نیز برخوردارند. باتری حالت جامد یک باتری نسل بعدی است که از الکترولیت جامد استفاده می‌کند و به‌طور قابل‌توجهی برد رانندگی را افزایش می‌دهد.

استفاده از الکترولیت‌های جامد در این باتری‌ها به افزایش چگالی انرژی در آن‌ها کمک می‌کند و باعث می‌شود خودروهای الکتریکی با یک بار شارژ بتوانند مسافت زیادی را طی کنند.

سامسونگ SDI مجموعه‌ای از باتری‌های حالت جامد جدید را معرفی کرده است که علاوه بر افزایش برد رانندگی، زمان شارژ را کاهش می‌دهند و خطر آتش‌سوزی باتری‌ها را حذف می‌کنند. این باتری‌ها می‌توانند در مدت زمان کوتاهی (مثلاً 9 دقیقه) از 10% یا 20% به 80% شارژ برسند. این روش شارژ کردن به‌طور معمول در صنعت باتری‌های الکتریکی استفاده می‌شود، زیرا سرعت شارژ پس از 80% به طور قابل‌توجهی کمتر می‌شود تا باتری آسیب نبیند و طول عمر آن حفظ شود.

سامسونگ با بهینه‌سازی مسیر انتقال یون‌های لیتیوم در باتری و کاهش مقاومت داخلی باتری، به فناوری شارژ سریع دست پیدا کرده است. این شرکت قصد دارد این فناوری را تا سال 2026 به مرحله تولید انبوه برساند.

دو برابر کردن چگالی انرژی

باتری‌های حالت جامد اکسیدی سامسونگ دارای چگالی انرژی بسیار بالاتری (500 وات‌ساعت بر کیلوگرم) نسبت به باتری‌های شیمیایی فعلی هستند که چگالی انرژی آن‌ها حدود 270 وات‌ساعت بر کیلوگرم است. این به معنای افزایش قابل‌توجه در ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی است. باتری‌های شیمیایی فعلی به خودروهای الکتریکی اجازه می‌دهند تا بیش از 300 مایل را با یک بار شارژ طی کنند.

سامسونگ از فناوری‌های پیشرفته‌ای مانند الکترولیت‌های جامد خاص و تکنولوژی بدون آند (که به حذف آند از ساختار باتری کمک می‌کند) استفاده می‌کند. حذف آند به افزایش ظرفیت کاتد منجر می‌شود که این امر به باتری‌ها امکان ذخیره انرژی بیشتری می‌دهد. مدیرعامل سامسونگ SDI، یون هو چوی، معتقد است که این شرکت در مسیر تولید انبوه باتری‌های حالت جامد و محصولات نسل جدید قرار دارد.

نقشه راه باتری سامسونگ

در نمایشگاه Battery Day  در سال 2024 که توسط SNE Research در سئول، کره جنوبی برگزار شد، سامسونگ اعلام کرد که خط تولید آزمایشی باتری‌های حالت جامد خودروهای الکتریکی در حال حاضر کاملاً عملیاتی شده است. این خط تولید در مرکز تحقیق و توسعه سامسونگ SDI در سوون قرار دارد و هم‌اکنون در حال تولید نمونه‌های اولیه برای آزمایش است. هدف نهایی سامسونگ، تولید انبوه این باتری‌ها تا سال 2027 است.

کوه جو-یونگ، معاون سامسونگ SDI، در این رویداد اعلام کرد که سامسونگ نمونه‌های اولیه باتری‌های حالت جامد خود را برای مشتریان ارسال کرده است. این نمونه‌ها از اواخر سال گذشته تا اوایل امسال در اختیار مشتریان قرار گرفته‌اند و بازخوردهایی که سامسونگ از این نمونه‌ها دریافت کرده بسیار مثبت بوده است.

نقشه راه باتری سامسونگ SDI نشان می‌دهد که این شرکت در حال آماده‌سازی برای تولید انبوه محصولات باتری حالت جامد است. چگالی انرژی باتری‌های جدید حالت جامد سامسونگ قرار است 40 درصد بیشتر از باتری‌های لیتیومی منشوری فعلی P5 این شرکت باشد.

باتری حالت جامد

با این حال، به دلیل هزینه‌های تولید بالا، انتظار می‌رود که این باتری‌های پیشرفته در ابتدا فقط در خودروهای الکتریکی بسیار لوکس و گران‌قیمت استفاده شوند.

استفاده از فناوری سلول به بسته در باتری‌های منشوری

فناوری سلول به بسته (CTP) که سامسونگ برای باتری‌های منشوری استفاده می‌کند، رویکردی نوآورانه است که موجب افزایش کارایی و کاهش وزن باتری‌ها می‌شود. این فناوری با تغییر محل ترمینال باتری از بالا به کناره‌ها، موجب افزایش بهره‌وری انرژی و بهبود فرآیند خنک‌کنندگی باتری می‌شود. به علاوه این تغییرات باعث کاهش تعداد قطعات باتری (بیش از 35%) و کاهش وزن آن (20%) می‌شود.

در نتیجه، چگالی انرژی این باتری‌ها افزایش یافته و هزینه‌های تولید نیز کاهش پیدا می‌کند. این بهینه‌سازی‌ها تأثیر زیادی بر کاهش هزینه‌های تولید و افزایش بهره‌وری در صنعت خودروهای الکتریکی خواهند داشت.

باتری‌های حالت جامد از نظر ایمنی نیز بهبود زیادی داشته‌اند، زیرا خطر آتش‌سوزی به دلیل نبود الکترولیت مایع کاهش می‌یابد. علاوه بر این، سامسونگ از یک فناوری جدیدی برای جلوگیری از گسترش حرارت استفاده کرده که مانع از گسترش حریق در صورت بروز آتش‌سوزی می‌شود. این فناوری با خروج گازهای داغ از طریق دریچه‌های تعبیه‌شده در سلول‌های باتری، خطرات ناشی از گرم شدن بیش از حد یا انفجار را کاهش می‌دهد و ایمنی باتری‌ها را به میزان قابل‌توجهی افزایش می‌دهد.

چگالی انرژی وزنی

چگالی انرژی وزنی معیاری است که نشان می‌دهد یک باتری چه مقدار انرژی را نسبت به وزن خود می‌تواند ذخیره کند. سامسونگ مجموعه‌ای از باتری‌های مختلف را برای کاربردهای مختلف وارد بازار کرده است. باتری‌های NCA با مقدار نیکل بالا به دلیل چگالی انرژی بالاتر، در بخش‌های پریمیوم استفاده می‌شوند.

باتری‌های NMX با نیکل متوسط ترکیبی از کارایی و قیمت مناسب ارائه می‌دهند و باتری‌های LFP که ارزان‌تر و بادوام‌تر هستند، برای کاربردهای مقرون‌به‌صرفه استفاده می‌شوند. به این صورت سامسونگ می‌تواند هر دو بازار خودروهای الکتریکی پریمیوم و مقرون‌به‌صرفه را پوشش دهد.

با این حال، این شرکت کره‌ای هنوز مقادیر هدف را برای چگالی انرژی وزنی اعلام نکرده است. چگالی انرژی وزنی که گاهی به آن انرژی ویژه نیز گفته می‌شود، میزان انرژی موجود به ازای واحد جرم یک ماده است. این معیار معمولاً بر حسب وات‌ساعت بر کیلوگرم (Wh/kg) یا مگاژول بر کیلوگرم (MJ/kg) بیان می‌شود.

چگالی انرژی بالاتر به دو نتیجه مهم منجر می‌شود: یا برد مسافتی بیشتری برای خودروهای الکتریکی فراهم می‌کند، یا امکان تولید باتری‌های کوچک‌تر و ارزان‌تر را با همان برد قبلی ممکن می‌کند.

سامسونگ علاوه بر تمرکز بر روی باتری‌های حالت جامد، در تلاش است تا انواع دیگری از باتری‌ها را نیز تولید کند که این شامل باتری‌های لیتیوم-یون فسفات (LFP) و باتری‌های بدون کبالت است که به دلیل هزینه‌های پایین‌تر برای خودروهای اقتصادی مناسب هستند. سامسونگ با توسعه روش تولید الکترود خشک در تلاش است، هزینه‌های تولید باتری را کاهش دهد. سامسونگ قصد دارد ابتدا قیمت باتری‌ها را کاهش دهد و همچنین تا سال 2026، باتری‌هایی را به تولید انبوه برساند که قابلیت شارژ سریع در 9 دقیقه را داشته باشند.

منبع : electronicdesign