5 تقنيات لبطاريات السيارات الكهربائية نتطلع إليها في العقد المقبل

لا يزال التركيز منصبًّا على بطاريات الليثيوم أيون: فبطاريات الليثيوم-أيون (LFP) تُخفِّض التكلفة؛ وارتفاع النيكل يزيد الكثافة؛ وتُخفِّض الأقطاب الكهربائية الجافة وتقنية "من الخلية إلى العبوة" التكلفة؛ وتُعِدُّ أنودات السيليكون بشحنٍ يستغرق من 6 إلى 10 دقائق. أما بطاريات الصوديوم-أيون ذات الحالة الصلبة، فلا تزال تُعاني من مشاكل في التصنيع.

تكثر الادعاءات حول "الاختراقات في مجال البطاريات"، لكن قلة من التقنيات نجحت في الانتقال من المختبر إلى المركبات الكهربائية. صرّح خبراء مثل براناف جاسواني من IDTechEx وإيفيلينا ستويكو من BloombergNEF لمجلة Wired أن التحسينات الصغيرة المُطبقة جيدًا قد تُحدث فرقًا كبيرًا، لكن تحقيق ذلك غالبًا ما يستغرق سنوات نظرًا لمتطلبات السلامة، وإثبات التصنيع، والجدوى المالية.

لا يزال أيون الليثيوم يشكل العمود الفقري لعصر السيارات الكهربائية

تتمحور الإنجازات الكبيرة حتى الآن حول بطاريات أيونات الليثيوم. تقول إيفلينا ستويكو: "إن بطاريات أيونات الليثيوم ناضجة للغاية"، إلا أن حجم الاستثمار وسلسلة التوريد الحالية يجعلان من الصعب على الصناعات الكيميائية الأخرى اللحاق بها في العقد المقبل. ومع ذلك، يقول براناف جاسواني إن تغييرًا واحدًا في التركيب أو العملية قد يضيف حوالي 80 كيلومترًا إلى مدى البطارية أو يخفض تكاليف التصنيع بما يكفي لخفض سعر السيارة.

1762316289395.png

5 خطوات يمكن أن تحدث فرقًا حقيقيًا

رابطة الدوري الفرنسي: خفض التكاليف والحفاظ على الاستقرار

أهمية ذلك: تستخدم بطاريات فوسفات الليثيوم والحديد (LFP) الحديد والفوسفات بدلاً من النيكل والكوبالت، وهما معدنان باهظا الثمن ويصعب استخراجهما. تتميز بطاريات فوسفات الليثيوم والحديد بثباتها، وتحللها ببطء أكبر على مدار دورات عديدة.

العائد المحتمل: انخفاض تكاليف البطاريات وأسعار المركبات - وهو أمر بالغ الأهمية نظرًا لمنافسة السيارات الكهربائية للسيارات التي تعمل بالبنزين. تحظى تقنية LFP بشعبية كبيرة في الصين، ومن المتوقع أن تنتشر إلى أوروبا والولايات المتحدة خلال السنوات القليلة المقبلة.

التحديات: كثافة طاقة أقل، ومدى أقل لكل مجموعة بطارية مقارنة بالخيارات الأخرى.

ارتفاع النيكل في NMC: نطاق أوسع، وكوبالت أقل

أهمية ذلك: زيادة محتوى النيكل في الليثيوم والنيكل والمنجنيز والكوبالت يزيد من كثافة الطاقة ونطاقها دون زيادة الحجم أو الوزن. كما يسمح بتقليل الكوبالت، وهو معدن باهظ الثمن ومثير للجدل أخلاقيًا.

التحديات: انخفاض الاستقرار، وارتفاع خطر التشقق أو الانفجار، يتطلب تصميمًا وتحكمًا حراريًا أكثر صرامة، مما يؤدي إلى زيادة التكاليف. مناسب أكثر للسيارات الكهربائية الفاخرة.

عملية القطب الجاف: تقليل المذيبات وزيادة كفاءة الإنتاج

أهميتها: بدلاً من خلط المواد بالمذيبات ثم تجفيفها، تمزج تقنية الأقطاب الجافة المساحيق الجافة قبل الطلاء والتصفيح. يؤدي تقليل المذيبات إلى تقليل المخاطر البيئية والصحية والسلامة؛ كما أن إلغاء مرحلة التجفيف يُقلل من وقت الإنتاج، ويزيد من الكفاءة، ويُقلل من مساحة التصنيع، مما يُقلل التكاليف.

حالة النشر: قامت شركة Tesla بالتطبيق عند الأنود؛ وتقوم شركة LG وSamsung SGI باختبار الخط.

التحدي: تعتبر معالجة المسحوق الجاف معقدة من الناحية الفنية، وتتطلب ضبطًا دقيقًا لتحقيق استقرار الإنتاج الضخم.

1762316349025.png

من خلية إلى أخرى: استفد من الحجم، وأضف حوالي 80 كم

أهميتها: من خلال الاستغناء عن الوحدات ووضع الخلايا مباشرةً في حزمة البطارية، يُمكن تجميع المزيد من الخلايا في المساحة نفسها. ووفقًا لبراناف جاسواني، يُمكن لهذه التقنية إضافة حوالي 80 كيلومترًا إلى مدى السيارة وتحسين سرعتها القصوى، مع خفض تكاليف التصنيع. وتُستخدم هذه التقنية بالفعل من قِبل شركات تسلا، وبي واي دي، وكاتل.

التحديات: إن التحكم في عدم الاستقرار الحراري والقوة الهيكلية أكثر صعوبة بدون وحدات؛ كما أن استبدال الخلايا المعيبة يصبح معقدًا، حتى أنه يتطلب فتح أو استبدال المجموعة بأكملها.

أنود السيليكون: طاقة كثيفة، شحن سريع لمدة 6-10 دقائق

أهمية ذلك: إضافة السيليكون إلى قطب الجرافيت الموجب يزيد من سعة التخزين (مدى أطول) ويشحن أسرع، إذ قد يستغرق شحنه بالكامل من 6 إلى 10 دقائق فقط. وقد قامت شركة تيسلا بالفعل بخلط بعض السيليكون؛ بينما تقول مرسيدس-بنز وجنرال موتورز إنهما تقتربان من الإنتاج الضخم.

التحدي: يتمدد السيليكون وينكمش دوريًا، مما يسبب إجهادًا ميكانيكيًا وتشققًا، مما يُضعف سعته بمرور الوقت. وهذا شائع الآن في البطاريات الصغيرة، مثل تلك الموجودة في الهواتف والدراجات النارية.

تكنولوجيا	الفوائد الرئيسية	تحدي	حالة
رابطة كرة القدم الأمريكية	منخفضة التكلفة، مستقرة، بطيئة التدهور	كثافة طاقة منخفضة	تحظى بشعبية في الصين؛ ومن المتوقع أن تزيد في الاتحاد الأوروبي/الولايات المتحدة
النيكل العالي (NMC)	زيادة الكثافة وتقليل الكوبالت	أقل استقرارًا، وتكلفة عالية للتحكم الحراري	مناسب للسيارات الراقية
القطب الجاف	تقليل المذيبات وزيادة الكفاءة وخفض التكاليف	التحديات التقنية في التعامل مع المساحيق الجافة	تم اختبار Tesla (الأنود)؛ LG، Samsung SGI
من الخلية إلى العبوة	إضافة مدى يصل إلى 80 كم، وتقليل التكلفة	التحكم في الحرارة، من الصعب إصلاحه	تطبيقات Tesla وBYD وCATL
أنود السيليكون	مدى أطول، شحن سريع لمدة 6-10 دقائق	يؤدي التوسع إلى التشقق وفقدان القدرة.	الاقتراب من الإنتاج الضخم

1762316419529.png

تقنيات واعدة ولكنها لا تزال بعيدة عن السوق

أيون الصوديوم: سهل العثور عليه، رخيص الثمن، مستقر حرارياً

أهمية هذا الأمر: الصوديوم رخيص، ومتوفر، وأسهل معالجة من الليثيوم، مما يقلل تكاليف سلسلة التوريد. تبدو بطاريات أيونات الصوديوم أكثر استقرارًا وأداءً جيدًا في درجات الحرارة القصوى. تقول شركة CATL إنها ستبدأ الإنتاج الضخم العام المقبل، وقد تُمثل هذه البطاريات ما يصل إلى 40% من سوق سيارات الركاب في الصين.

التحديات: أيونات الصوديوم أثقل وزنًا، وكثافة طاقتها أقل، وأكثر ملاءمة للتخزين الثابت. لا تزال هذه التقنية في مراحلها الأولى، مع قلة الموردين وقلة العمليات المُجرّبة.

البطاريات ذات الحالة الصلبة: كثافة عالية، وأكثر أمانًا ولكن يصعب تصنيعها

أهمية ذلك: يُعدّ استبدال الإلكتروليتات السائلة/الهلامية بأخرى صلبة ضمانًا لكثافة أعلى، وشحن أسرع، وعمر أطول، وتقليل خطر التسريب. وتؤكد تويوتا أنها ستطلق سيارة مزودة ببطاريات الحالة الصلبة في عامي 2027 و2028. وتتوقع بلومبرج إن إي إف أنه بحلول عام 2035، ستشكل بطاريات الحالة الصلبة 10% من إنتاج السيارات الكهربائية وبطاريات التخزين.

التحديات: بعض الإلكتروليتات الصلبة لا تعمل بشكل جيد في درجات الحرارة المنخفضة؛ التصنيع يتطلب معدات جديدة؛ من الصعب إنشاء طبقات الإلكتروليت الخالية من العيوب؛ لا يوجد إجماع في الصناعة بشأن اختيار الإلكتروليت، مما يجعل سلسلة التوريد صعبة.

1762316577529.png

فكرة رائعة ولكن من الصعب ترويجها

الشحن اللاسلكي: أقصى قدر من الراحة، وحاجز التكلفة

لماذا هذا مهم: إن ركن السيارة بدون توصيل وشحنها هو شيء يقول بعض المصنعين أنه سيكون متاحًا قريبًا؛ تعرض شركة بورش نموذجًا أوليًا مع خطط لطرح نسخة تجارية في العام المقبل.

التحديات: أصبح الشحن السلكي الآن أكثر فعالية وأقل تكلفة في التركيب، وفقًا لبراناف جاسواني. قد يظهر الشحن اللاسلكي في بعض الحالات الخاصة، مثل شحن الحافلات على طول مساراتها أثناء توقفها على الأرصفة، ولكن من غير المرجح أن يصبح خيارًا شائعًا.

1762316742124.png

النتيجة: التوقعات لها ما يبررها، لكن التطور يحتاج إلى وقت.

أكثر تقنيات البطاريات الواعدة حاليًا هي في الغالب تحسينات في نظام أيونات الليثيوم: تقنية LFP لخفض التكلفة، والنيكل العالي لزيادة الكثافة، والأقطاب الكهربائية الجافة، وتقنية Cell-to-Pack لخفض تكاليف التصنيع، وأنودات السيليكون لزيادة سرعة الشحن. في الوقت نفسه، تتمتع بطاريات أيونات الصوديوم والحالة الصلبة بإمكانيات طويلة المدى، ولكن تواجه العديد من عقبات الإنتاج. وكما يؤكد الخبراء، حتى التغييرات الصغيرة قد تستغرق ما يصل إلى عشر سنوات لتظهر في المركبات الكهربائية - ولن تُتاح فرصة الوصول إلى السوق إلا للتحسينات التي تستوفي معايير السلامة والاعتبارات الاقتصادية .

إعلانات AD

المصدر: https://baonghean.vn/5-cong-nghe-pin-xe-dien-dang-ky-vong-trong-thap-ky-toi-10310384.html