مع سعي الدول حول العالم، بما في ذلك دول الخليج، إلى تحويل قطاع النقل إلى الكهرباء وتحقيق أهداف المناخ الطموحة، تبرز التطورات في تكنولوجيا البطاريات كعامل محتمل لتغيير مشهد السيارات الكهربائية. ومن أبرز هذه الابتكارات بطارية الحالة الصلبة، وهي الجيل القادم من تقنيات تخزين الطاقة، التي قد تسهم في تحسين مدى القيادة، والسلامة، وسرعة الشحن.
لطالما اعتُبرت البطاريات العامل المحدِّد في انتشار السيارات الكهربائية، لكن أداء البطاريات يشهد حالياً تطوراً تدريجياً. وبينما تعتمد السيارات الكهربائية حالياً على بطاريات أيونات الليثيوم، قد توفّر بطاريات الحالة الصلبة بديلاً أكثر أماناً وطول عمراً وكفاءة من حيث كثافة الطاقة. وبالنسبة لدول مثل دولة الإمارات العربية المتحدة والمملكة العربية السعودية، اللتين تستثمران بقوة في التنقل الكهربائي، فإن هذه التطورات قد تُعزّز من وتيرة الاعتماد على السيارات الكهربائية وتوسيع بنيتها التحتية.
ما الذي يميّز بطاريات الحالة الصلبة؟
على عكس بطاريات أيونات الليثيوم التقليدية، التي تعتمد على إلكتروليت سائل لنقل أيونات الليثيوم بين الأقطاب، تستخدم بطاريات الحالة الصلبة مواد صلبة للقيام بهذه الوظيفة. لهذا التغيير تأثيرات مهمة على الأداء والسلامة.
الإلكتروليتات الصلبة غير قابلة للاشتعال، ما يقلل من خطر الحرائق أو “الهروب الحراري” الذي شهدته بعض بطاريات الليثيوم في السابق. كما أنها تتيح استخدام مصاعد كهربائية من معدن الليثيوم، القادرة على تخزين طاقة أكبر بكثير من مصاعد الجرافيت التقليدية، مما يزيد من كثافة الطاقة ويطيل مدى القيادة دون زيادة في حجم البطارية أو وزنها.
وتعمل شركات التصنيع على تطوير مجموعة متنوعة من مواد الإلكتروليت الصلبة، من بينها السيراميك مثل أكسيد الليثيوم-اللانثانوم-الزركونيوم، والمركبات المعتمدة على الكبريتيد. ويُعد التوفيق بين التوصيل الأيوني العالي، والثبات الحراري، والمتانة الميكانيكية تحدياً تقنياً، ما شكّل عائقاً أمام الإنتاج على نطاق واسع حتى الآن.
الفوائد المحتملة لمالكي السيارات الكهربائية
تُوفّر بطاريات الحالة الصلبة العديد من المزايا لمستخدمي السيارات الكهربائية في دول الخليج. فالقلق من مدى القيادة، وهو تحدٍ شائع في البيئات الحارة التي تتطلب تشغيل المكيّف بشكل دائم، يمكن أن يتراجع. تشير التقديرات إلى أن بطاريات الحالة الصلبة قد تزيد مدى القيادة بنسبة تتراوح بين 50% و80%، مع تجارب أولية تستهدف مدى يصل إلى 1,000 ميل لكل شحنة. على سبيل المثال، أعلنت شركة تويوتا عن نيتها طرح سيارات كهربائية مزوّدة ببطاريات حالة صلبة بمدى يصل إلى 750 ميلاً وزمن شحن لا يتجاوز 10 دقائق.
سرعة الشحن تُعد ميزة محورية أخرى. فعلى عكس الإلكتروليتات السائلة، التي تتدهور تحت ظروف الشحن السريع، تُظهر الإلكتروليتات الصلبة مقاومة أكبر. وتشير شركات مثل سامسونج وتويوتا إلى أن بطاريات الحالة الصلبة قد تُقلّص زمن الشحن السريع من 30 دقيقة إلى 10 دقائق لشحن بنسبة 80%، مما يُعزّز من كفاءة شبكات الشحن على الطرق السريعة وفي المدن الخليجية.
كما أن الاستقرار الحراري يعتبر ميزة هامة في ظل درجات الحرارة المرتفعة في الإمارات والسعودية. فالتصميمات المعتمدة على الحالة الصلبة تعمل في نطاقات حرارية أوسع وتُظهر مقاومة أكبر لارتفاع الحرارة، ما قد يُقلل الحاجة إلى أنظمة تبريد معقّدة.
من يقود جهود التطوير؟
عدد من شركات السيارات العالمية ومصنّعي البطاريات والشركات الناشئة يتسابقون لطرح بطاريات الحالة الصلبة تجارياً.
تويوتا، التي تقود هذا المجال منذ سنوات، تمتلك أكثر من 1,000 براءة اختراع وتخطط لتسويق التقنية بحلول 2027 أو 2028. أما سامسونج SDI فتستهدف بدء الإنتاج الضخم في 2027، بينما تُجهز هيونداي خط إنتاج تجريبي لعام 2025 مع خطة لطرح سيارات كهربائية مزوّدة ببطاريات الحالة الصلبة بحلول 2030. شركة QuantumScape الأمريكية، المدعومة من فولكس فاجن، بدأت بإرسال نماذج أولية إلى شركات السيارات وتخطط للتوسّع في 2025.
وتبرز أيضاً شركات مثل Factorial Energy وSolid Power وProLogium التي تطوّر حلولاً قابلة للتوسيع تلبّي متطلبات الأداء والسلامة والتكلفة للانتشار الواسع.
في المقابل، تعمل مؤسسات بحثية مثل مختبر أرغون الوطني ومعهد فاراداي على تحسين مواد الإلكتروليت والواجهات داخل البطارية، لمعالجة مشكلات تقنية مثل مقاومة السطح الهلامي وهشاشة المواد.
ستعمل بطاريات الحالة الصلبة على إطالة مدى السيارات الكهربائية التي تسير على الطرقات الطويلة والحارة في الخليج.
التوسع الصناعي: التحديات القائمة
رغم الوعود الكبيرة، تواجه بطاريات الحالة الصلبة تحديات تتعلق بالتكلفة والتصنيع.
المواد الصلبة عالية الأداء لا تزال مرتفعة التكلفة وغير متوفرة على نطاق واسع، كما أن عمليات الإنتاج تختلف عن تلك الخاصة ببطاريات الليثيوم، ما يتطلب استثمارات ضخمة في بنية تحتية ومرافق خاصة مثل الغرف الجافة. ويظل الوصول إلى وفورات الحجم أمراً أساسياً.
ويُعد التناسق في عملية التصنيع تحدياً إضافياً، حيث تتطلب الخلايا الصلبة طبقات فائقة الرقة وخالية من العيوب، مع محاذاة دقيقة بين الإلكتروليتات والأقطاب الكهربائية. أي خلل في هذه الطبقات قد يُضعف الأداء أو يُقلّص عمر البطارية.
ولا تزال إدارة البطاريات عند نهاية عمرها التشغيلي غير محسومة. فطرق إعادة التدوير المستخدمة لبطاريات الليثيوم لا تنطبق دائماً على تصميمات الحالة الصلبة التي تستخدم تركيبات كيميائية أكثر تعقيداً. ويعمل الباحثون حالياً على تطوير تقنيات إعادة تدوير مخصصة، منها الاسترداد المباشر والمعالجة الرطبة المعدنية.
خارطة طريق نحو التسويق التجاري
يتفق محللو القطاع على أن بطاريات الحالة الصلبة ستُطرح أولاً في الطرازات الفاخرة بحلول نهاية العقد الجاري. كل من تويوتا ونيسان وهيونداي وضعت جداول زمنية لطرح هذه التقنية بين عامي 2027 و2030، في حين تبني شركات مثل Gotion Hi-Tech وProLogium منشآت إنتاجية واسعة ضمن نفس الإطار الزمني.
ومع دخول العقد الثالث من القرن الحالي، قد تُصبح التقنية متاحة في فئات أوسع، بما في ذلك السيارات المتوسطة وذات الأسعار المعقولة، مع تراجع التكاليف وتحسّن سلاسل التوريد.
ويتوافق هذا الإطار الزمني مع الخطط الوطنية في الخليج لتوسيع التنقل الكهربائي. إذ تضع “استراتيجية الإمارات لتحقيق الحياد المناخي 2050” و”رؤية السعودية 2030” التنقل النظيف ضمن أولوياتها. ومع توسّع محطات الشحن وتوفير الحوافز للمشترين، قد تساعد بطاريات الحالة الصلبة في حل تحديات المدى والشحن والسلامة.
الاعتبارات البيئية
من منظور الاستدامة، تمتلك بطاريات الحالة الصلبة إمكانات لخفض البصمة الكربونية لإنتاج السيارات الكهربائية، بفضل تقليل الاعتماد على مواد مثل الكوبالت والجرافيت، والاستغناء عن الإلكتروليتات القابلة للاشتعال.
وتُظهر دراسات أن بطاريات الحالة الصلبة قد تُقلّص انبعاثات الكربون بنسبة تصل إلى 39% إذا تم الحصول على المواد الخام من مصادر مستدامة. كما أن عمرها التشغيلي الطويل قد يُقلّل من الحاجة إلى استبدال البطارية، وهو عنصر مهم في الاقتصاد الدائري.
لكن التحديات المرتبطة بإعادة التدوير تظل قائمة، نظراً لاستخدامها مواد معقدة ومتنوعة. وسيكون التغلب على هذه التحديات ضرورياً لتحقيق فوائد بيئية ملموسة على نطاق واسع.
المستقبل.. كيف يبدو؟
تمثل بطاريات الحالة الصلبة قفزة تقنية مهمة في مجال تخزين طاقة السيارات الكهربائية. ومع قدرتها على تحسين المدى والسلامة وسرعة الشحن، يمكن أن تُسرّع التحول نحو التنقل النظيف في الخليج.
لكن تبقى هناك تحديات كبيرة تتعلق بالتكلفة، وسعة الإنتاج، وإعادة التدوير. ومن المتوقع أن تظهر هذه البطاريات أولاً في الطرازات الفاخرة، مع انتشار أوسع لاحقاً مع انخفاض التكاليف وزيادة الإنتاج.
في الوقت الذي تستثمر فيه حكومات المنطقة في مجال الطاقة الكهربائية، فإن ظهور تكنولوجيا بطاريات الحالة الصلبة يوفر فرصة واعدة في الوقت المناسب. وسواء أكان ذلك لتشغيل السيارات الكهربائية الفاخرة أو، في نهاية المطاف، سيارات السوق الشاملة، يمكن أن تساعد بطاريات الحالة الصلبة منطقة الخليج على سد الفجوة بين طموحات السياسة والقيادة الكهربائية اليومية.
