في خطوة يمكن أن تغير قواعد اللعبة بالنسبة لصناعة السيارات الكهربائية، تتعاون شركة Stellantis وشركة Zeta Energy Corp لتطوير الجيل التالي من بطاريات السيارات الكهربائية ذات المدى الأطول، والمزيد من الطاقة، وشحنها بشكل أسرع بنسبة 50٪، وتكلفة أقل من النصف.
كانت بطاريات الليثيوم أيون هي القوة الدافعة لثورة السيارات الكهربائية (EV) منذ أن قدمت تسلا سيارة رودستر إلى العالم في عام 2008، والتي كانت مدعومة ببطارية ليثيوم أيون بقدرة 53 كيلووات في الساعة وكان نطاقها حوالي 245 ميلاً (394 كيلومترًا). تضاعف سيارة رودستر الشهيرة تقريبًا نطاق 1140 ميلًا (225 كيلومترًا) من جنرال موتورز البالغ 1140 ميلًا (225 كيلومترًا).
على الرغم من أن مفهوم بطاريات الليثيوم-الكبريت (Li-S) قد تم اقتراحه في وقت مبكر من الستينيات، إلا أن تطبيقه العملي كان محدودًا بسبب مشاكل مثل دورة الحياة القصيرة وفقدان السعة الناجم عن "تأثير المكوك متعدد الكبريتيد" الفريد من نوعه لبطاريات الليثيوم-الكبريت (Li-S). عندما يتم تفريغ البطارية، يتفاعل الكبريت الموجود على جانب الكاثود مع الليثيوم لتكوين كبريتيد الليثيوم، الذي ينتشر عبر المنحل بالكهرباء إلى القطب الموجب، تاركًا وراءه رواسب. عند الشحن، ستهاجر بعض الكبريتيدات المتعددة مرة أخرى إلى الكاثود، ولكن لن تعود جميعها مرة أخرى إلى القطب الموجب، مما يتسبب في تدهور أداء البطارية بسرعة.
وتعتقد شركة زيتا، ومقرها تكساس، بالشراكة مع شركة السيارات العالمية العملاقة ستيلانتيس، أنها حلت المشكلة.
التطورات الحديثة في تكنولوجيا المواد وتطوير الطبقات العازلة والطلاءات تحبس هذه الكبريتيدات المتعددة وتمنعها من "الانغلاق" بين الأقطاب الكهربائية، مما يعالج بشكل فعال تأثير الشيخوخة المبكرة السيئ.
يمكن أن تعني الشراكة قفزة إلى الأمام في تكنولوجيا بطاريات السيارات الكهربائية:
بطاريات الليثيوم-الكبريت أخف بكثير من بطاريات الليثيوم أيون. تتراوح الطاقة لكل كيلوغرام من بطاريات الليثيوم أيون بشكل عام بين 150-250 واط ساعة (Wh/kg). يمكن أن تصل بطاريات الليثيوم والكبريت إلى 400-600 واط ساعة/كجم.
يمكن لبطاريات الليثيوم والكبريت أن توفر نفس القدر من الطاقة في حزمة أصغر، وهو ما لا يعني فقط مدى أطول للسيارات الكهربائية (لأن وزن البطارية أخف بنسبة 30-50٪)، ولكن أيضًا أداء وأداء أفضل. أخف وزنا، كلما كان ذلك أفضل.
تدعي الشركات أيضًا أن سرعات الشحن السريع أسرع بنسبة 50٪ من حزم بطاريات الليثيوم أيون التقليدية. تتمتع بطاريات الليثيوم والكبريت بتركيبة كيميائية أبسط ولا تعتمد على الانتشار البطيء لأيونات الليثيوم في المواد الصلبة مثل الجرافيت الموجود في بطاريات الليثيوم أيون. وبدلاً من ذلك، يحدث التفاعل بين الليثيوم والكبريت بشكل مباشر وأسرع وأكثر مباشرة. بالإضافة إلى ذلك، فهي تعمل بجهد منخفض، لذا فهي تتمتع بمقاومة أقل عند الشحن وتمتص الطاقة بشكل أسرع.
خلاصة القول هي أنه من المتوقع أن تكون تكلفة كيلوواط ساعة من بطاريات الليثيوم والكبريت أقل من نصف تكلفة بطاريات الليثيوم أيون.
يتوفر الكبريت بوفرة، وتستخدم بطاريات الليثيوم والكبريت من شركة Zeta مواد النفايات مثل الميثان والكبريت غير المكرر، والتي يتم الحصول عليها من صناعات مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، فإنها تتخلص من المواد باهظة الثمن التي يصعب الحصول عليها مثل الكوبالت أو الجرافيت أو المنغنيز أو النيكل، والتي تُصنع منها بطاريات الليثيوم أيون أيضًا. وبالمقارنة مع تكنولوجيا البطاريات الحالية، يمكن لمنهج زيتا الاستفادة من المواد المحلية واستخدام المصانع الموجودة لتجميع البطاريات، وبالتالي تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
كما أنها أكثر أمانًا من بطاريات الليثيوم أيون: تحتوي بطاريات الليثيوم أيون على كلمة "كبريت" في اسمها، ولكن هذا ليس مثل الكبريت الموجود في البارود أو أعواد الثقاب أو الألعاب النارية. الكبريت الموجود في بطاريات الليثيوم والكبريت صلب. المنحل بالكهرباء الموجود في بطاريات الليثيوم والكبريت ليس قابلاً للاشتعال مثل بطاريات الليثيوم أيون النموذجية. ما يسبب حرائق البطارية غالبًا ما يكون المنحل بالكهرباء. ومع ذلك، فإن بطاريات السيارات الكهربائية لا تخلو من العيوب، حيث أن استخدام أنودات معدن الليثيوم يمكن أن يشكل مخاطر مثل تكوين التغصنات، مما قد يؤدي إلى حدوث دوائر قصيرة.
ولكن إذا سبق لك أن رأيت بطارية سيارة كهربائية تشتعل فيها النيران، فأنت تعرف مدى تدميرها. عندما "تفرغ" بطاريات الليثيوم أيون أو تنفجر، غالبًا ما تُترك أقسام الإطفاء في انتظار إطفاء الحريق من تلقاء نفسه. يمكن أن يتسبب الثقب أو الهروب الحراري (عادة بسبب الشحن الزائد) في حدوث تفاعل متسلسل يولد كميات كبيرة من الحرارة في بطاريات الليثيوم أيون. نظرًا لأن التفاعل الكيميائي للكبريت أقل طاردًا للحرارة، فإن بطاريات الليثيوم والكبريت تكون أقل عرضة لهذه الحالة. بدون مكونات مثل الكوبالت والنيكل المستخدمة في احتراق الوقود، تعتبر بطاريات الليثيوم والكبريت أكثر أمانًا من البطاريات التي تشغل السيارات الكهربائية الحديثة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة وغيرها.
تهدف شركة Stellantis إلى إطلاق سيارات كهربائية تحتوي على كبريت الليثيوم بحلول عام 2030، وهو تعاون يمكن أن يعيد تعريف طريقة تفكيرنا في السيارات الكهربائية.