تتفوق أنودات السيليكون على بطاريات الحالة الصلبة في السباق لتشغيل المركبات الكهربائية

يبدو أن أنودات السيليكون تقود الطريق في السباق لتسويق تقنيات بطاريات الجيل التالي للسيارات الكهربائية.

تزايدت الضجة حول الأنودات القائمة على السيليكون، والتي تعد بتحسين الطاقة وقدرات شحن أسرع للمركبات الكهربائية، في الأشهر الأخيرة – تمامًا كما يبدو أن الضجيج حول بطاريات الحالة الصلبة قد تضاءل.

ويأتي ذلك مع استمرار زيادة مبيعات السيارات الكهربائية في زيادة الطلب العالمي على البطاريات، مما دفع عمالقة السيارات إلى التعاون مع شركات تصنيع الخلايا الكبرى على الطريق نحو الكهرباء الكاملة.

في حين أن بعض الشركات المصنعة للمعدات الأصلية (OEMs) قد وقعت صفقات مع مطوري بطاريات الحالة الصلبة، فإن شركات صناعة السيارات مثل مرسيدس، بورش و جنرال موتورز لقد راهنوا جميعًا بشكل كبير على أنودات السيليكون لإحداث تغيير تحويلي في العلم الذي يعتمد على المركبات الكهربائية.

وصف تقرير حديث صادر عن شركة IDTechEx الاستشارية الوعد بمواد أنود السيليكون المتقدمة بأنه “هائل” لتحسين المجالات الحيوية لأداء البطارية، مشيرًا إلى أن هذه الإمكانية لم تمر دون أن يلاحظها أحد من قبل شركات صناعة السيارات واللاعبين الرئيسيين في صناعة البطاريات.

ومع ذلك، فقد حذرت من أن التحديات مثل دورة الحياة، ومدة الصلاحية، وربما الأهم من ذلك، التكلفة، تحتاج إلى معالجة لاعتمادها على نطاق واسع.

وقال فينكات سرينيفاسان، مدير المركز التعاوني لعلوم تخزين الطاقة في مختبر أرجون الوطني التابع للحكومة الأمريكية في شيكاغو، إن أنودات السيليكون يبدو أنها تتمتع بالتفوق على بطاريات الحالة الصلبة.

وقال سرينيفاسان لـ CNBC عبر مؤتمر عبر الفيديو: “إذا كان هناك سباق للخيول، فيبدو أن السيليكون يتقدم على الأقل في هذه اللحظة، لكننا لم نقم بتسويق أي منهما تجاريًا”.

وقال سرينيفاسان إنه قبل خمس سنوات، كان عمر بطاريات أنود السيليكون يبلغ سنة واحدة تقريبًا، ولكن يبدو أن البيانات الحديثة تظهر تحسنًا كبيرًا في متانة هذه المواد، حيث تتوقع بعض الاختبارات الآن عمرًا تقويميًا يتراوح من ثلاث إلى أربع سنوات.

على عكس دورة عمر البطارية، التي تحسب عدد المرات التي يمكن فيها شحنها وتفريغها، فإن عمر التقويم يقيس التدهور بمرور الوقت. عادةً، يشير العمر التقويمي للبطارية إلى الفترة التي يمكن أن تعمل فيها بأكثر من 80% من سعتها الأولية، بغض النظر عن استخدامها.

وقال سرينيفاسان إن بطاريات الحالة الصلبة، التي وُصفت منذ فترة طويلة بأنها “الكأس المقدسة” للقيادة المستدامة، لا يزال أمامها طريق طويل لتقطعه قبل أن تتمكن من مجاراة التقدم الأخير الذي أحرزته أنودات السيليكون.

وقال سرينيفاسان: “لا يزال يتعين إجراء هذا التحول في الحالة الصلبة باستخدام بطارياتها المعدنية، ولهذا السبب أعتقد أنك تسمع من الناس أنه يبدو أن هذا الوعد لم يتحقق”.

“هذا لا يعني أننا لن نصل إلى هناك. قد يحدث ذلك في غضون سنوات قليلة. هذا يعني فقط أنه يبدو أن السيليكون اليوم في جزء مختلف من مستوى الاستعداد التكنولوجي.”

ويقول المحللون إن أنودات السيليكون توفر نظريًا 10 أضعاف كثافة الطاقة التي يوفرها الجرافيت، والذي يستخدم بشكل شائع في أنودات البطاريات اليوم. ومع ذلك، فإن هذه المواد نفسها تعاني عادة من التدهور السريع عند استخدام الكثير من السيليكون.

وقال روري ماكنولتي، كبير محللي الأبحاث في شركة Benchmark Mineral Intelligence، لشبكة CNBC عبر البريد الإلكتروني: “إن أنودات السيليكون وبطاريات الحالة الصلبة هما اتجاهان تكنولوجيان ناشئان في سوق بطاريات السيارات الكهربائية يهدفان إلى دفع حدود خلايا البطاريات عالية الأداء”.

وقال ماكنولتي إن الحالة المعتادة هي أن الأداء الأفضل للبطارية يأتي على حساب طول العمر أو السلامة. من المعروف أن أنودات السيليكون، على سبيل المثال، تنتفخ بشكل كبير أثناء الشحن، مما يقلل من عمر البطارية.

وبالمقارنة، قال ماكنولتي إن بطاريات الحالة الصلبة يُزعم أنها تعمل على تحسين استقرار المنحل بالكهرباء بشكل كبير مع مواد الأقطاب الكهربائية عالية الأداء، مما يقاوم تحديات استخدام مواد ذات كثافة طاقة عالية مثل السيليكون والليثيوم.

كما يوحي الاسم، تحتوي بطاريات الحالة الصلبة على إلكتروليت صلب مصنوع من مواد مثل السيراميك. وهذا يجعلها مختلفة عن بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، التي تحتوي على إلكتروليت سائل.

وقالت شركتا تويوتا ونيسان اليابانيتان إنهما تهدفان إلى إدخال بطاريات الحالة الصلبة في الإنتاج الضخم خلال السنوات المقبلة، في حين أفادت تقارير أن شركة SAIC Motor الصينية قالت في أوائل سبتمبر إن علامتها التجارية MG ستزود السيارات ببطاريات الحالة الصلبة خلال الـ 12 سنة القادمة. شهور.

ومع ذلك، لا يزال المحللون متشككين بشأن الموعد الفعلي لوصول بطاريات الحالة الصلبة إلى الأسواق.

وقال جورجي جورجييف، محلل المواد الخام للبطاريات في شركة Fastmarkets الاستشارية، لـ CNBC عبر البريد الإلكتروني: “تعد الأنودات القائمة على السيليكون بأن تكون تقنية الجيل التالي في مجال الأنود، مما يوفر حلاً للشحن بشكل أسرع”.

وقال جورجييف إن العديد من اللاعبين في الصناعة كانوا يبحثون في إمكانات أنودات السيليكون، بدءًا من موردي الأنود الراسخين في الصين وكوريا الجنوبية إلى لاعبين جدد مثل شركة ProLogium التايوانية والشركات المصنعة الأمريكية Group14 وSila Nanotechnologies.

“خاصة في الغرب، هناك تقدم في مجال أنودات السيليكون [are] وقال جورجييف: “يُنظر إليها على أنها فرصة استراتيجية للحاق بالصين، التي تهيمن على سلاسل توريد الأنودات القائمة على الجرافيت، حيث يمتلك منتجو الأنود الصينيون 98٪ من سوق الأنود العالمي للبطاريات”.

وأضاف: “ومع ذلك، هناك تحديات تقنية كبيرة تواجه أنود السيليكون بنسبة 100% مثل تمدد السيليكون الذي يؤثر على طول عمر البطاريات، ويوجد حاليًا عدة طرق لإنتاج أنود السيليكون”.

أطلقت شركة تصنيع البطاريات التايوانية ProLogium أول بطارية أنود سيليكون بالكامل في العالم في معرض باريس للسيارات الشهر الماضي، قائلة إن نظام البطاريات الجديد سريع الشحن لا يتجاوز فقط بطاريات الليثيوم أيون التقليدية في الأداء وكفاءة الشحن ولكن أيضًا “تحديات الصناعة الحاسمة”.

قالت شركة ProLogium، نقلاً عن بيانات الاختبار، إن بطارية أنود السيليكون بنسبة 100٪ يمكن شحنها من 5٪ إلى 60٪ في 5 دقائق فقط، وتصل إلى 80٪ في 8.5 دقيقة. ووصفت التقدم بأنه “إنجاز لا مثيل له في سوق السيارات الكهربائية التنافسية”، والذي سيساعد على تقليل أوقات الشحن وتوسيع نطاق السيارات الكهربائية.

قال جورجييف من Fastmarkets إن علامة الاستفهام الكبيرة حول تسويق أنودات السيليكون هي تكلفة الإنتاج وما إذا كان أي من منتجي أنود السيليكون الرئيسيين “يمكنه إنتاج مواد على نطاق واسع بجودة متسقة وبسعر تنافسي -” [a] المتطلبات الرئيسية لمصنعي المعدات الأصلية.”

“في هذه المرحلة، يتم استخدام أنودات السيليكون بشكل أكبر كمضاف إلى الأنودات القائمة على الجرافيت، وفي السنوات القادمة نتوقع أن نشهد زيادة في حصة السيليكون في الأنود، ولكن مع الجرافيت، في حين أن أنودات السيليكون بنسبة 100٪ ستستغرق وقتًا أطول لتصنيعها”. وأضاف “دخول السوق الشامل”.