سيارة تويوتا الكهربائية، بطارية الحالة الصلبة

  علوم لا توجد تعليقات

تتطور الصناعات في عالم اليوم، تبعاً لتطور العلم والتكنولوجيا التي تدخل فيها بشكل مباشر أو غير مباشر، نرى هذا التطور في عالم صناعة السيارات جلياً هذه الأيام، حيث تعد عمالقة صناعة السيارات بتطورات جديدة وجوهرية في الأعوام القادمة، عملاق مثل تويوتا ينوي طرح تقنية جديدة كلياً في صناعة السيارات الكهربائية.

تميهد

لنتمكن من الدخول في عالم صناعة السيارات، لا بد لنا من الإطلاع على بعض المفاهيم التقنية المهمة التي يكثر استعمالها في هذا العالم، إضافةً إلى بعض التعريفات العلمية التي تدخل في هذه الصناعات.

  • سيارات السيدان (أو سيارات الصالون – Sedan Cars): يشير هذا المصطلح إلى التصميم الشائع للسيارات، مع أن هناك عدة تصميمات مختلفة يطلق عليها اسم “سيدان” إلا أنها جميعها تشترك بصفات متشابهة، إحدى الصفات المميزة لهذه السيارات هي الحجرات الثلاثة التي تكون المركبة، أول الحجرات هي التي تحتوي المحرك والنظام الميكانيكي للسيارات، الحجرة التالية هي حجرة الركاب والتي تأتي عادةً بصفين من المقاعد، أما الحجرة الثالثة فهي حجرة منفصلة واسعة للأمتعة في الخلف.
  • سيارات الدفع الرباعي متعددة الاستخدامات (SUV – Sport Utility Vehicles): في حين أن معظم السيارات المعروفة تتحرك بدفع عجلين فقط (غالباً تتحرك العجلات الأمامية ساحبةً معها السيارة إلى الامام) فإن سيارات الدفع الرباعي تتحرك بدوران العجلات الأربع، هذا النوع من السيارات يأتي بقوة دفع أكبر من المعتاد، مما يجعلها مناسبة للطرق الوعرة إضافةً إلى الطرق العادية، وهذا سبب تسميتها بمتعددة الاستخدامات.
  • السيارة الهجينة (Hybrid Car): وهي سيارة تعمل بمحرك احتراق داخلي إضافةً إلى نظام بطاريات يتم تخزين وإنتاج الطاقة الكهربائية فيه، وهي أكثر توفيراً للوقود من السيارات المعتادة، ولاقت انتشاراً واسعاً حول العالم، لعدم حاجتها لتجهيزات خاصة.
  • خلية الوقود (Fuel Cell): وهي تقنية حديثة لإنتاج الطاقة بكفاءة أعلى وضرر بيئيي أقل، يتم استخدام وقود معين لإنتاج الطاقة من خلال تفاعلات كيميائية غير تفاعلات الاحتراق (تفاعلات الوقود الأحفوري مع الأكسجين المعتادة)، في حالة كان هذا الوقود هو الهيدروجين فإن الخلية تستخدم تفاعل جزيء الهيدروجين مع ذرة أكسجين لإنتاج جزيء الماء، ينتج عن هذا التفاعل طاقة يتم استخدامها في تطبيقات مختلفة.
  • أجزاء البطارية: لإنتاج الطاقة، تحتوي البطارية عادةً على قطبين موصلين للشحنة، يسميان المصعد (القطب السالب) والمهبط (القطب الموجب)، مغموران في مادة كيميائية تسمح بانتقال الإلكترونات. والإلكترونات (Electrons) هي الجزء من الذرة الذي يُمكنها من التفاعل مع الذرات من حولها، تنتج الكهرباء من حركة الإلكترونات خلال مواد موصلة للشحنة).

يُستخدم مصطلح “كهرل” أو “منحل كهربائي” (Electrolyte) للإشارة إلى هذه المادة التي تسمح للشحنة بالحركة.

  • مصطلح (TNGA): وهذا المصطلح يشير إلى برنامج أطلقته تويوتا لإعادة ابتكار شكل ومواصفات وأداء السيارة، وهو يعني حرفياً: معمار تويوتا العالمي الجديد (Toyota New Global Architecture).

تويوتا وسباق السيارات الكهربائية

سوق السيارات اليوم يشهد انطلاق العديد من السيارات التي تعمل بالكهرباء فقط، مثل عملاق تسلا (Tesla) المملوك لإيلون ماسك، وسيارة لييف (Leaf) من شركة نيسان، ورغم تزايد الإقبال شيئاً فشيئاً نحو هذه التقنية إلا أن محاولات تويوتا للدخول في المنافسة لا تزال ضعيفة.

خلال هذه الأعوام وضعت تويوتا كثيراً من أموالها واستثماراتها في نوعين آخرين من السيارات، أولهما هي السيارات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود الهيدروجيني، ورغم ابتكارية هذه التقنية إلا أنها لم تلقَ رواجاً واسعاً حول العالم، بسبب العديد من التحديات التي تواجهها، مثل حاجتها إلى محطات وقود خاصة للتزود بغاز الهيدروجين المستخدم في الخلية. وقد أطلقت تويوتا الجيل الأول من هذه السيارات عام 2014، سيارة ميراي (Mirai)، وأطلقت الجيل الجديد من هذه السيارات في ديسيمبر 2020.

النوع الآخر من سيارات تويوتا هي السيارات الهجينة والتي انتشرت بشكل كبير حول العالم، حيث قامت تويوتا بإطلاق أكثر من 40 طرازأ من السيارات الهجينة، بيع منها أكثر من 15 مليون سيارة حول العالم، من مميزات هذه السيارات إمكانية إعادة تعبئتها بالوقود من خلال محطات التعبئة الاعتيادية، هذه السيارات لا تحتوي على نظام شحن كهربائي خارجي، إذ يتم توليد الكهرباء من خلال محرك الاحتراق الداخلي الذي يعمل بالوقود الاعتيادي.

سيارات تويوتا الهجينة حققت نجاحاً واسعاً حول العالم، المصدر: Pixabay

البطارية صلبة الحالة

يعود السبب في تأخر تويوتا في المنافسة في سوق السيارات الكهربائية إلى محاولة تويوتا تطوير تقنية خاصة لحلول تخزين الطاقة، هذه التقنية والتي توصف بأنها ثورية كانت منذ وقتٍ قريب حلماً بعيد المنال، لكن تويوتا الآن على بعد خطوة من إطلاقها.

هذه التقنية هي البطارية صلبة الحالة، ما يميز هذه البطارية أن الكهرل فيها ليس محلولاً ولا هلاماً كهربائياً (Gel Electrodes)، بل هو مادة صلبة، وتنوي تويوتا إطلاق سيارة جديدة تعمل بهذه البطارية، أطلقت عليها اسم Toyota BZ في معرض شانجهاي للسيارات شهر أبريل 2021، يشير خبراء إلى أن هذان الحرفان يشيران إلى “وراء الصفر” (Beyond Zero)، إشارةً إلى استراتيجية تويوتا في إنتاج سيارات عديمة الانبعاثات (Zero-emissions vehicle )

سيكون الطراز مثيراً للاهتمام للخبراء، إذ أن تويوتا صممت هذا الطراز باستخدام منصة تويوتا للابتكار (E-TNGA)

إلا أن التركيز سيكون منصباً على البطارية الجديدة التي ستغير قواعد اللعبة، ما يميز هذه البطارية هو أن الكهرل الصلب فيها أكثر اماناً من المحلول الكهرلي أو البوليمري، لأنه أقل عرضة لنشوب حريق فيه في حالة وقوع الحوادث. كما أنها ستقلل بشكل كبير من وقت إعادة شحن البطارية، تقول تويوتا أن المستخدم سيتمكن من شحن البطارية من الصفر إلى 100% في 10 دقاق فقط، وهذه الشحنة ستمكنها من قطع مسافة 500 كم على الطريق.

الفرق الجوهري بين البطاريات الاعتيادية وبطارية الحالة الصلبة هو الحالة الفيزيائية للكهرل، حيث يكون محلولاً أو سائلاً في البطاريات العادية، ويكون مادةً صلبة في بطارية الحالة الصلبة.

على الرغم من هذه المميزات، هنناك بعض التحديات التي تواجه هذه البطارية، أهمها الاداء السيء في الطقس البارد، وديمومتها التي كانت موضع تساؤل خلال السنوات الماضية، ورغم أن تويوتا لم تصرح بشكل رسمي بخصوص هاتين المشكلتين، إلا أنهما كانتا من التحديات الأساسية التي واجهت المصنعين.

سيارة تويوتا الجديدة ستأتي بحجم طرازRAV4 ، وبسعر اعلى قليلاً منها، وسيكون للمشتري طرازان اثنان من السيارة ليختار بينهما، كما صرح مات هاريسون، والذي سيصبح الرئيس التنفيذي لتويوتا في أوروبا.

خاتمة

تعد تويوتا من الشركات الرائدة في مجال البطاريات الصلبة، وتعمل شركة نيسان اليابنية على تطوير سيارة تعمل بالبطارية الصلبة قد تطلقها عام 2028، إضافةً إلى محاولة فولكسفاجن الألمانية إطلاق مثل هذه السيارات عام 2025 بالتعاون مع شركة ناشئة أمريكية.

وعلى كل حال يبدو ان هذا السوق سيشهد العديد من الابتكارات الجديدة التي ستتنافس عليها العديد من عمالقة صناعة السيارات حول العالم.

المصادر

اترك تعليقاً