لقد رأيت العناوين: سيؤدي هذا الاختراق في البطارية إلى تغيير السيارة الكهربائية إلى الأبد. وبعد ذلك… الصمت. عندما تتوجه إلى صالة العرض المحلية، ستجد أن جميع السيارات تبدو متشابهة في الشكل والمظهر.
لقد انزعجت WIRED من هذه الظاهرة. لذلك تحدثنا إلى خبراء تكنولوجيا البطاريات حول ما يحدث بالفعل في بطاريات السيارات الكهربائية. ما هي التقنيات الموجودة هنا؟ من المحتمل أن يكون ذلك، ولكن ليس بعد، لذا لا تحبس أنفاسك؟ ما الذي ربما لن يأتي في أي وقت قريب؟
يقول براناف جاسواني، محلل التكنولوجيا في شركة IDTechEx، وهي شركة متخصصة في استخبارات السوق: “من السهل أن تكون متحمسًا لهذه الأشياء، لأن البطاريات معقدة للغاية”. “العديد من الأشياء الصغيرة سيكون لها مثل هذا التأثير الكبير.” ولهذا السبب، تقوم العديد من الشركات، بما في ذلك شركات صناعة السيارات ومورديها وصانعي البطاريات، بتجربة العديد من الأجزاء الصغيرة من البطارية. قم بتبديل مادة موصلة للكهرباء بأخرى، وقد يزيد نطاق بطارية السيارة الكهربائية بمقدار 50 ميلاً. قم بإعادة تنظيم كيفية تجميع حزم البطاريات معًا، وقد يؤدي صانع السيارات إلى خفض تكاليف التصنيع بما يكفي لمنح المستهلكين فترة راحة في المبيعات.
ومع ذلك، يقول الخبراء، إن إدخال تعديلات صغيرة على السيارات المنتجة قد يستغرق وقتًا طويلاً – أحيانًا 10 سنوات أو أكثر. تقول إيفيلينا ستويكو، التي تقود فريق تكنولوجيا البطاريات وسلسلة التوريد في شركة الأبحاث BloombergNEF: “من الواضح أننا نريد التأكد من أن كل ما نضعه في السيارة الكهربائية يعمل بشكل جيد ويتوافق مع معايير السلامة”. ويعني ضمان ذلك أن العلماء يتوصلون إلى أفكار جديدة، وأن يعرف الموردون كيفية تنفيذها؛ ويقوم صانعو السيارات بدورهم باختبار كل تكرار بدقة. وفي الوقت نفسه، يطرح الجميع السؤال الأكثر أهمية: هل هذا التحسن منطقي من الناحية المالية؟
لذلك فمن المنطقي أنه ليس كل اختراق في المختبر يصل إلى الطريق الصحيح. فيما يلي العناصر المهمة حقًا، وتلك التي لم تنجح تمامًا، على الأقل حتى الآن.
إنه يحدث حقًا
تشترك جميع الإنجازات الكبيرة في مجال البطاريات في شيء مشترك: فهي مرتبطة ببطارية الليثيوم أيون. توجد كيميائيات أخرى للبطاريات – سنتحدث عنها لاحقًا – ولكن في العقد القادم، سيكون من الصعب اللحاق بالشكل المهيمن للبطارية. يقول ستويكو: “لقد أصبح الليثيوم أيون ناضجًا جدًا بالفعل”. لقد استثمر الكثير من اللاعبين أموالاً طائلة في التكنولوجيا، لذلك “سيتعين على أي لاعب جديد التنافس مع الوضع الراهن”.
فوسفات الحديد الليثيوم
لماذا هو مثير: تستخدم بطاريات LFP الحديد والفوسفات بدلاً من النيكل والكوبالت الأغلى ثمناً والأكثر صعوبة في الحصول عليها، والتي توجد في بطاريات أيونات الليثيوم التقليدية. كما أنها أكثر استقرارًا وأبطأ في التحلل بعد عمليات الشحن المتعددة. والنتيجة: يمكن لبطاريات LFP أن تساعد في خفض تكلفة تصنيع السيارة الكهربائية، وهي نقطة بيانات مهمة بشكل خاص بينما تكافح شركات الكهرباء الغربية للتنافس، من حيث التكلفة، مع السيارات التقليدية التي تعمل بالغاز. بطاريات LFP شائعة بالفعل في الصين، ومن المقرر أن تصبح أكثر شعبية في السيارات الكهربائية الأوروبية والأمريكية في السنوات القادمة.
لماذا هذا صعب: LFP أقل كثافة في استهلاك الطاقة من البدائل، مما يعني أنه لا يمكنك تعبئة نفس القدر من الشحن – أو النطاق – في كل بطارية.
المزيد من النيكل
لماذا هو مثير: يؤدي زيادة محتوى النيكل في بطاريات الليثيوم والنيكل والمنغنيز والكوبالت إلى زيادة كثافة الطاقة، مما يعني نطاقًا أكبر في حزمة البطارية دون زيادة الحجم أو الوزن. كما أن المزيد من النيكل يمكن أن يعني كمية أقل من الكوبالت، وهو معدن باهظ الثمن ومشكوك فيه من الناحية الأخلاقية.
لماذا هذا صعب: من المحتمل أن تكون البطاريات التي تحتوي على نسبة أعلى من النيكل أقل استقرارًا، مما يعني أنها تحمل خطرًا أكبر للتشقق أو الحرائق الحرارية. وهذا يعني أن صانعي البطاريات الذين يقومون بتجربة محتوى مختلف من النيكل يجب عليهم قضاء المزيد من الوقت والطاقة في التصميم الدقيق لمنتجاتهم. هذه الضجة الزائدة تعني المزيد من النفقات. لهذا السبب، نتوقع رؤية المزيد من استخدام النيكل في بطاريات السيارات الكهربائية المتطورة.
عملية القطب الجاف
لماذا هو مثير: عادة، يتم تصنيع أقطاب البطارية عن طريق خلط المواد في ملاط مذيب، ثم يتم تطبيقها بعد ذلك على رقائق تجميع التيار المعدني، وتجفيفها، وضغطها. تعمل عملية القطب الجاف على تقليل المذيبات عن طريق خلط المواد في شكل مسحوق جاف قبل التطبيق والتصفيح. المذيبات الأقل تعني مخاوف أقل تتعلق بالبيئة والصحة والسلامة. ويمكن أن يؤدي التخلص من عملية التجفيف إلى توفير وقت الإنتاج – وزيادة الكفاءة – مع تقليل البصمة المادية اللازمة لتصنيع البطاريات. كل هذا يمكن أن يؤدي إلى تصنيع أرخص، “وهو ما ينبغي أن يتدفق إلى صنع سيارة أرخص”، كما يقول جاسواني. قامت شركة تسلا بالفعل بدمج عملية الأنود الجاف في صناعة البطاريات. (الأنود هو القطب السالب الذي يقوم بتخزين أيونات الليثيوم أثناء شحن البطارية). تعمل شركتا LG وSamsung SGI أيضًا على خطوط إنتاج تجريبية.
لماذا هذا صعب: قد يكون استخدام المساحيق الجافة أكثر تعقيدًا من الناحية الفنية.
خلية إلى حزمة
لماذا هو مثير: في بطارية سيارتك الكهربائية القياسية، يتم تجميع خلايا البطارية الفردية في وحدات، والتي يتم بعد ذلك تجميعها في حزم. ليس الأمر كذلك في خلية إلى حزمة، والتي تضع الخلايا مباشرة في بنية الحزمة دون خطوة الوحدة الوسطى. يقول جاسواني إن هذا يتيح لصانعي البطاريات وضع المزيد من البطاريات في نفس المساحة، ويمكن أن يؤدي إلى نطاق إضافي يبلغ حوالي 50 ميلًا وسرعات قصوى أعلى. كما أنه يخفض تكاليف التصنيع، وهو التوفير الذي يمكن نقله إلى مشتري السيارة. وتستخدم شركات صناعة السيارات الكبرى، بما في ذلك Tesla وBYD، بالإضافة إلى شركة البطاريات الصينية العملاقة CATL، هذه التقنية بالفعل.
لماذا هذا صعب: بدون الوحدات، قد يكون من الصعب التحكم في الانفلات الحراري والحفاظ على هيكل حزمة البطارية. بالإضافة إلى ذلك، فإن عملية “من خلية إلى حزمة” تجعل استبدال خلية البطارية المعيبة أكثر صعوبة، مما يعني أن العيوب الصغيرة قد تتطلب فتح الحزمة بأكملها أو حتى استبدالها.
أنودات السيليكون
لماذا هو مثير: تحتوي بطاريات الليثيوم أيون على أنودات من الجرافيت. ومع ذلك، فإن إضافة السيليكون إلى المزيج يمكن أن يكون له إيجابيات هائلة: تخزين المزيد من الطاقة (يعني نطاقات قيادة أطول) وشحن أسرع، ربما يصل إلى ست إلى 10 دقائق مشتعلة لشحنها. تقوم شركة تسلا بالفعل بخلط القليل من السيليكون في أنودات الجرافيت الخاصة بها، وتقول شركات صناعة السيارات الأخرى – مثل مرسيدس بنز وجنرال موتورز – إنها تقترب من الإنتاج الضخم.
لماذا هذا صعب: يتمدد السيليكون المخلوط بالليثيوم وينكمش أثناء مروره بدورة الشحن والتفريغ، مما قد يسبب إجهادًا ميكانيكيًا وحتى كسرًا. وبمرور الوقت، يمكن أن يؤدي ذلك إلى فقدان سعة البطارية بشكل أكبر. في الوقت الحالي، من المرجح أن تجد أنودات السيليكون في البطاريات الأصغر حجمًا، مثل تلك الموجودة في الهواتف أو حتى الدراجات النارية.
إنه نوع من الحدوث
لقد خضعت تقنية البطارية في المجموعة الأكثر تخمينًا للكثير من الاختبارات. لكن الأمر لا يزال بعيدًا عن المكان الذي تقوم فيه معظم الشركات المصنعة ببناء خطوط الإنتاج ووضعها في السيارات.
بطاريات أيون الصوديوم
لماذا هو مثير: الصوديوم – موجود في كل مكان! بالمقارنة مع الليثيوم، فإن العنصر أرخص وأسهل في العثور عليه ومعالجته، مما يعني أن تعقب المواد اللازمة لبناء بطاريات أيونات الصوديوم يمكن أن يمنح شركات صناعة السيارات انقطاعًا في سلسلة التوريد. ويبدو أيضًا أن البطاريات تعمل بشكل أفضل في درجات الحرارة القصوى، وتكون أكثر استقرارًا. تقول شركة تصنيع البطاريات الصينية CATL إنها ستبدأ الإنتاج الضخم للبطاريات العام المقبل، وإن البطاريات يمكن أن تغطي في النهاية 40 بالمائة من سوق سيارات الركاب الصينية.
لماذا هو صعب: أيونات الصوديوم أثقل من نظيراتها من الليثيوم، لذا فهي عمومًا تخزن طاقة أقل لكل حزمة بطارية. وهذا يمكن أن يجعلها مناسبة لتخزين البطاريات بشكل أفضل من السيارات. إنها أيضًا الأيام الأولى لهذه التقنية، مما يعني عددًا أقل من الموردين وعمليات تصنيع أقل تم اختبارها عبر الزمن.
بطاريات الحالة الصلبة
لماذا هو مثير: لقد وعدت شركات صناعة السيارات منذ سنوات بأن بطاريات الحالة الصلبة الرائدة أصبحت قاب قوسين أو أدنى. سيكون ذلك عظيما، إذا كان صحيحا. تعمل هذه التقنية على غمر الإلكتروليتات السائلة أو الهلامية في بطارية ليثيوم أيون تقليدية للحصول على إلكتروليت صلب. يجب أن تأتي هذه الإلكتروليتات في كيميائيات مختلفة، ولكنها تتمتع جميعها ببعض المزايا الكبيرة: كثافة طاقة أكبر، شحن أسرع، متانة أكبر، مخاطر أقل على السلامة (عدم وجود إلكتروليت سائل يعني عدم وجود تسرب). تقول تويوتا إنها ستطلق أخيرًا سياراتها الأولى المزودة ببطاريات الحالة الصلبة في عام 2027 أو 2028. وتتوقع BloombergNEF أنه بحلول عام 2035، ستشكل بطاريات الحالة الصلبة 10 بالمائة من إنتاج المركبات الكهربائية والتخزين.
لماذا هذا صعب: تواجه بعض الشوارد الصلبة صعوبة في درجات الحرارة المنخفضة. لكن أكبر القضايا تتعلق بالتصنيع. يتطلب تجميع هذه البطاريات الجديدة معدات جديدة. من الصعب حقًا بناء طبقات خالية من العيوب من الإلكتروليت. ولم تتوصل الصناعة إلى اتفاق حول نوع الإلكتروليت الصلب الذي يجب استخدامه، مما يجعل من الصعب إنشاء سلاسل التوريد.
ربما سوف يحدث
الأفكار الجيدة لا يكون لها دائمًا معنى كبير في العالم الحقيقي.
الشحن اللاسلكي
لماذا هو مثير: قم بإيقاف سيارتك، واخرج منها، وقم بشحنها أثناء الانتظار، دون الحاجة إلى مقابس. قد يكون الشحن اللاسلكي هو قمة الراحة، ويصر بعض صانعي السيارات على أنه قادم. بورشه، على سبيل المثال، تعرض نموذجاً أولياً، مع خطط لطرح الشيء الحقيقي في العام المقبل.
لماذا هذا صعب: المشكلة، كما يقول جاسواني، هي أن التكنولوجيا التي تقوم عليها أجهزة الشحن المتوفرة لدينا الآن تعمل بشكل جيد تمامًا كما أن تركيبها أرخص بكثير. ويتوقع أن يظهر الشحن اللاسلكي في نهاية المطاف في بعض حالات الاستخدام المقيد، ربما في الحافلات، على سبيل المثال، التي يمكن شحنها طوال مساراتها إذا توقفت فوق لوحة الشحن. لكنه يقول إن هذه التكنولوجيا قد لا تصبح سائدة أبدًا.
