5 فناوری باتری خودروهای برقی که باید در دهه آینده منتظر آنها باشیم

تمرکز همچنان بر روی لیتیوم-یون است: باتری‌های لیتیوم-یونی کم‌مصرف (LFP) هزینه را کاهش می‌دهند؛ نیکل بالا چگالی را افزایش می‌دهد؛ الکترودهای خشک و فناوری Cell-to-Pack هزینه را کاهش می‌دهند؛ آندهای سیلیکونی شارژ ۶ تا ۱۰ دقیقه‌ای را تضمین می‌کنند. باتری‌های سدیم-یونی حالت جامد هنوز مشکلات تولیدی دارند.

ادعاهای مربوط به «پیشرفت‌های بزرگ در باتری» فراوان است، اما فناوری‌های کمی از آزمایشگاه خارج شده و به خودروهای الکتریکی راه یافته‌اند. کارشناسانی مانند پراناو جاسوانی از IDTechEx و اولینا استویکو از BloombergNEF به Wired گفتند که پیشرفت‌های کوچک و بجا می‌توانند تفاوت بزرگی ایجاد کنند، اما اغلب به دلیل الزامات ایمنی، اعتبارسنجی تولید و امکان‌سنجی مالی، سال‌ها طول می‌کشد تا به واقعیت تبدیل شوند.

لیتیوم-یون همچنان ستون فقرات دوران خودروهای برقی است

پیشرفت‌های بزرگ تاکنون حول باتری‌های لیتیوم-یونی می‌چرخد. اولینا استویکو می‌گوید: «لیتیوم-یون بسیار بالغ است.» مقیاس سرمایه‌گذاری و زنجیره تأمین موجود، رسیدن به این جایگاه را برای سایر مواد شیمیایی در دهه آینده دشوار می‌کند. با این حال، پراناو جاسوانی می‌گوید، یک تغییر واحد در ترکیب یا فرآیند می‌تواند حدود ۵۰ مایل به برد خودرو اضافه کند یا هزینه‌های تولید را به اندازه‌ای کاهش دهد که قیمت خودرو را پایین بیاورد.

۱۷۶۲۳۱۶۲۸۹۳۹۵.png

۵ گام که می‌توانند واقعاً تفاوت ایجاد کنند

LFP: کاهش هزینه‌ها، حفظ ثبات

دلیل اهمیت: باتری‌های لیتیوم آهن فسفات (LFP) به جای نیکل و کبالت گران‌قیمت و دشوار برای استخراج، از آهن و فسفات استفاده می‌کنند. LFP پایدارتر است و در طول چرخه‌های متعدد، کندتر تخریب می‌شود.

نتیجه بالقوه: کاهش هزینه‌های باتری و قیمت خودرو - به ویژه با توجه به رقابت خودروهای برقی با خودروهای بنزینی، اهمیت دارد. LFP در حال حاضر در چین محبوب است و انتظار می‌رود در چند سال آینده به اروپا و ایالات متحده نیز گسترش یابد.

چالش‌ها: چگالی انرژی پایین‌تر، برد کمتر به ازای هر بسته باتری نسبت به سایر گزینه‌ها.

نیکل بالا در NMC: برد بیشتر، کبالت کمتر

دلیل اهمیت: افزایش محتوای نیکل در لیتیوم نیکل منگنز کبالت، چگالی انرژی و برد را بدون افزایش اندازه/وزن افزایش می‌دهد. همچنین امکان کاهش کبالت، یک فلز گران‌قیمت و از نظر اخلاقی بحث‌برانگیز، را فراهم می‌کند.

چالش‌ها: کاهش پایداری، افزایش خطر ترک خوردن یا انفجار، نیاز به طراحی و کنترل حرارتی دقیق‌تر و در نتیجه افزایش هزینه‌ها. مناسب‌تر برای خودروهای برقی رده بالا.

فرآیند الکترود خشک: به حداقل رساندن حلال‌ها، افزایش راندمان تولید

دلیل اهمیت: به جای مخلوط کردن مواد با حلال‌ها و سپس خشک کردن، فناوری الکترود خشک، پودرهای خشک را قبل از پوشش‌دهی و لایه‌گذاری مخلوط می‌کند. حلال‌های کمتر، خطرات زیست‌محیطی، بهداشتی و ایمنی را کاهش می‌دهند؛ حذف مرحله خشک کردن می‌تواند زمان چرخش را کاهش دهد، کارایی را افزایش دهد و فضای تولید را کاهش دهد - که همه این‌ها هزینه‌ها را کاهش می‌دهد.

وضعیت استقرار: تسلا در بخش آند درخواست داده است؛ ال‌جی و سامسونگ SGI در حال آزمایش خط تولید هستند.

چالش: پردازش پودر خشک از نظر فنی پیچیده است و برای تثبیت تولید انبوه نیاز به تنظیم دقیق دارد.

۱۷۶۲۳۱۶۳۴۹۰۲۵.png

Cell-to-Pack: از حجم استفاده کنید، حدود ۸۰ کیلومتر اضافه کنید

دلیل اهمیت: با حذف ماژول‌ها و قرار دادن مستقیم سلول‌ها در باتری، می‌توان سلول‌های بیشتری را در همان فضا جای داد. به گفته پراناو جاسوانی، این فناوری می‌تواند حدود ۸۰ کیلومتر برد اضافه کند و حداکثر سرعت را بهبود بخشد، ضمن اینکه هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد. تسلا، BYD و CATL در حال حاضر از آن استفاده می‌کنند.

چالش‌ها: کنترل ناپایداری حرارتی و استحکام ساختاری بدون ماژول‌ها دشوارتر است؛ جایگزینی سلول‌های معیوب پیچیده می‌شود، حتی نیاز به باز کردن یا تعویض کل خوشه دارد.

آند سیلیکونی: انرژی متراکم، شارژ سریع ۶ تا ۱۰ دقیقه

دلیل اهمیت: افزودن سیلیکون به آند گرافیتی، ظرفیت ذخیره‌سازی (برد بیشتر) را افزایش می‌دهد و سریع‌تر شارژ می‌شود، به طوری که شارژ کامل آن تنها ۶ تا ۱۰ دقیقه طول می‌کشد. تسلا قبلاً مقداری سیلیکون را با این ماده مخلوط کرده است؛ مرسدس بنز و جنرال موتورز می‌گویند که به تولید انبوه نزدیک‌تر شده‌اند.

چالش: سیلیکون به صورت چرخه‌ای منبسط/منقبض می‌شود و باعث ایجاد فشار مکانیکی و ترک خوردگی می‌شود که به مرور زمان ظرفیت آن را کاهش می‌دهد. این امر اکنون در باتری‌های کوچک مانند باتری‌های تلفن یا موتورسیکلت رایج است.

فناوری	مزایای کلیدی	چالش	وضعیت
LFP	کم‌هزینه، پایدار، تخریب آهسته	چگالی انرژی پایین	محبوب در چین؛ انتظار می‌رود در اتحادیه اروپا/ایالات متحده افزایش یابد
نیکل بالا (NMC)	افزایش چگالی، کاهش کبالت	پایداری کمتر، هزینه بالای کنترل حرارتی	مناسب برای خودروهای مدل بالا
الکترود خشک	کاهش حلال‌ها، افزایش راندمان، کاهش هزینه‌ها	چالش‌های فنی در کار با پودرهای خشک	تسلا (آند)؛ آزمایش‌های ال‌جی و سامسونگ SGI
سلول به بسته	افزایش برد حدود ۸۰ کیلومتر، کاهش هزینه	کنترل گرما، تعمیر دشوار	برنامه‌های تسلا، BYD، CATL
آند سیلیکونی	برد بیشتر، شارژ سریع ۶ تا ۱۰ دقیقه	انبساط باعث ترک خوردگی و از بین رفتن ظرفیت می شود.	نزدیک شدن به تولید انبوه

۱۷۶۲۳۱۶۴۱۹۵۲۹.png

فناوری‌های امیدوارکننده اما هنوز دور از بازار

یون سدیم: به راحتی یافت می‌شود، ارزان است، در برابر حرارت پایدار است

دلیل اهمیت: سدیم ارزان، فراوان و فرآوری آن آسان‌تر از لیتیوم است و هزینه‌های زنجیره تأمین را کاهش می‌دهد. به نظر می‌رسد باتری‌های سدیم-یون پایدارتر هستند و در دماهای شدید عملکرد خوبی دارند. CATL می‌گوید تولید انبوه را سال آینده آغاز خواهد کرد و این باتری‌ها می‌توانند تا ۴۰ درصد از بازار خودروهای سواری چین را به خود اختصاص دهند.

چالش‌ها: یون‌های سدیم سنگین‌تر هستند، چگالی انرژی کمتری دارند و برای ذخیره‌سازی ثابت مناسب‌ترند. این فناوری در مراحل ابتدایی خود است، تأمین‌کنندگان کمی دارد و فرآیندهای اثبات‌شده‌ی کمی برای آن وجود دارد.

باتری‌های حالت جامد: چگالی بالا، ایمن‌تر اما تولید دشوار

دلیل اهمیت: جایگزینی الکترولیت‌های مایع/ژل با الکترولیت‌های جامد، چگالی بالاتر، شارژ سریع‌تر، عمر طولانی‌تر و خطر نشت کمتر را نوید می‌دهد. تویوتا می‌گوید در سال ۲۰۲۷ یا ۲۰۲۸ خودرویی با باتری‌های حالت جامد عرضه خواهد کرد. بلومبرگ‌ان‌ای‌اف پیش‌بینی می‌کند که تا سال ۲۰۳۵، باتری‌های حالت جامد ۱۰ درصد از تولید خودروهای برقی و ذخیره‌سازی را تشکیل خواهند داد.

چالش‌ها: برخی از الکترولیت‌های جامد در دماهای پایین عملکرد ضعیفی دارند؛ تولید به تجهیزات جدید نیاز دارد؛ ایجاد لایه‌های الکترولیت بدون نقص دشوار است؛ اجماع صنعتی در مورد انتخاب الکترولیت وجود ندارد و این امر زنجیره تأمین را دشوار می‌کند.

۱۷۶۲۳۱۶۵۷۷۵۲۹.png

ایده‌ای قابل توجه اما رواج دادنش دشوار است

شارژ بی‌سیم: حداکثر راحتی، محدودیت هزینه

دلیل اهمیت: پارکینگ و شارژ بدون نیاز به اتصال برق چیزی است که برخی از تولیدکنندگان می‌گویند به زودی در دسترس خواهد بود؛ پورشه نمونه اولیه‌ای را به نمایش گذاشته و قصد دارد سال آینده نسخه تجاری آن را عرضه کند.

چالش‌ها: به گفته پراناو جاسوانی، شارژ سیمی اکنون کارآمد و نصب آن بسیار ارزان‌تر است. شارژ بی‌سیم ممکن است در برخی موارد خاص، مانند شارژ اتوبوس‌ها در طول مسیرشان در حالی که در اسکله پارک شده‌اند، ظاهر شود، اما بعید است که به یک گزینه اصلی تبدیل شود.

۱۷۶۲۳۱۶۷۴۲۱۲۴.png

نتیجه‌گیری: انتظارات به‌جا هستند، اما تکامل زمان می‌برد

امیدوارکننده‌ترین فناوری‌های باتری امروزی، عمدتاً بهینه‌سازی‌هایی در سیستم لیتیوم-یون هستند: LFP برای کاهش هزینه، نیکل بالا برای افزایش چگالی، الکترودهای خشک و Cell-to-Pack برای کاهش هزینه‌های تولید، آندهای سیلیکونی برای افزایش سرعت شارژ. در همین حال، سدیم-یون و حالت جامد پتانسیل بلندمدت دارند اما موانع تولید زیادی دارند. همانطور که کارشناسان تأکید می‌کنند، حتی تغییرات کوچک نیز می‌توانند تا 10 سال طول بکشد تا در خودروهای الکتریکی ظاهر شوند - و تنها پیشرفت‌هایی که از استانداردهای ایمنی و ملاحظات اقتصادی عبور کنند، شانس رسیدن به بازار را خواهند داشت.

تبلیغات ای دی

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