في حدث Battery Day الذي أقيم في Tesla في العام الماضي ، حدد الرئيس التنفيذي Elon Musk لنفسه هدفًا طموحًا: إنتاج سيارة كهربائية (EV) بقيمة 25000 دولار أمريكي بحلول عام 2023.
يعتبر الوصول إلى هذا السعر الملصق – أرخص بحوالي 15000 دولار أمريكي من الطراز الأقل تكلفة للشركة اليوم – أمرًا بالغ الأهمية لتقديم منتج حقيقي في السوق الشامل.
الوصول إلى هناك يعني إيجاد وفورات جديدة في التكنولوجيا – وأهمها البطاريات التي يمكن أن تشكل ثلث تكلفة السيارة الكهربائية – دون المساس بالسلامة.
إلى جانب Musk ، تضخ شركات صناعة السيارات التقليدية العملاقة بما في ذلك Toyota Motor و Volkswagen عشرات المليارات من الدولارات في السباق.
1. لماذا تعتبر بطاريات EV باهظة الثمن؟
إلى حد كبير بسبب ما يدور فيها.
تستخدم المركبة الكهربائية نفس بطاريات الليثيوم أيون القابلة لإعادة الشحن الموجودة في الكمبيوتر المحمول أو الهاتف المحمول ، وهي أكبر بكثير – خلايا مجمعة في عبوات تشبه حقائب السفر الكبيرة – لتمكينها من توفير طاقة أكبر بكثير.
أغلى مكون في كل خلية بطارية هو الكاثود ، وهو أحد قطبين يقومان بتخزين الكهرباء وإطلاقها.
غالبًا ما تكون المواد اللازمة في الكاثودات لتعبئة المزيد من الطاقة باهظة الثمن: معادن مثل الكوبالت والنيكل والليثيوم والمنغنيز. يجب تعدينها ومعالجتها وتحويلها إلى مركبات كيميائية عالية النقاء.
2. كم تتكلف؟
بالمعدلات وأحجام العبوات الحالية ، يصل متوسط تكلفة البطارية للمركبة الكهربائية النموذجية إلى حوالي 6300 دولار أمريكي.
انخفضت أسعار حزمة البطاريات كثيرًا – 89 في المائة خلال العقد الماضي ، وفقًا لـ BloombergNEF.
لكن متوسط سعر الصناعة البالغ 137 دولارًا أمريكيًا للكيلوواط / ساعة (من حوالي 1191 دولارًا أمريكيًا في عام 2010) لا يزال أعلى من عتبة 100 دولار أمريكي والتي يجب أن تتطابق التكلفة عندها مع سيارة بمحرك احتراق داخلي.
من غير المتوقع أن تستمر التكاليف في الانخفاض بهذه السرعة ، ولم يساعد ارتفاع أسعار المواد الخام.
ومع ذلك ، فإن عبوات الليثيوم أيون في طريقها للانخفاض إلى 92 دولارًا أمريكيًا لكل كيلوواط في الساعة بحلول عام 2024 ، وفقًا لتوقعات BNEF ، و 58 دولارًا أمريكيًا لكل كيلوواط في الساعة بحلول عام 2030.
3. كيف ستصبح البطاريات أرخص؟
ينصب التركيز الرئيسي للمصنعين على أغلى السلع ، وخاصة الكوبالت.
أحد الخيارات هو استبدال المعدن بالنيكل ، وهو أرخص ويحمل المزيد من الطاقة.
يتطلب القيام بذلك تعديلات السلامة ، ومع ذلك ، حيث أن ميزة الكوبالت هي أنه لا يسخن أو تشتعل فيه النيران بسهولة.
كانت هناك خطوة أخرى تتمثل في استخدام البدائل التي لا تحتوي على الكوبالت على الإطلاق ، مثل خلايا فوسفات الحديد الليثيوم منخفضة التكلفة ، والتي سخرت ذات مرة من الأداء الضعيف ولكنها فازت بالانتعاش حيث أدت تغييرات التصميم إلى تحسينات.
إن تبسيط تصميم حزمة البطارية ، واستخدام منتج قياسي لمجموعة من المركبات – بدلاً من حزمة مخصصة لكل طراز – سيحقق وفورات إضافية.
4. ماذا عن مخاطر الحريق؟
يمكن لبطاريات الليثيوم أيون ، سواء كانت مستخدمة في مرافق تخزين بحجم الشبكة أو السيارات أو الأجهزة مثل الهواتف الذكية ، أن تشتعل إذا تم تصنيعها بشكل سيئ أو تضررت في حادث أو لم يتم تصميم البرامج التي تشغلها بشكل صحيح.
لا تزال الحوادث نادرة ، لكنها تخضع لتدقيق كبير في ما لا يزال قطاعاً نامياً.
وأكد القرار الذي اتخذته شركة جنرال موتورز في أغسطس بإجراء سحب 1.8 مليار دولار أمريكي لأكثر من 100000 طراز من طرازات شيفروليه بولت نتيجة لعيوب البطارية ، على الجدية.
كما أثرت الحرائق أو حوادث ارتفاع درجة الحرارة هذا العام على مشاريع تخزين الطاقة الكبرى في أستراليا وكاليفورنيا.
والحرائق ليس من السهل اطفاءها. استغرق الأمر من رجال الإطفاء أربع ساعات وأكثر من 113،560 لترًا من الماء لإخماد طراز Tesla Model S بعد حادث مميت في تكساس.
يصر تسلا على أن الحوادث التي تنطوي على نماذج كهربائية تحظى باهتمام لا داعي له.
وفقًا لتقرير التأثير لعام 2020 ، تشتعل النيران في السيارات المزودة بمحركات الاحتراق الداخلي (ICE) بمعدل أعلى “بشكل كبير”.
من عام 2012 إلى عام 2020 ، كان هناك حريق واحد تقريبًا في تسلا لكل 330 مليون كيلومتر يتم قطعها ، مقارنةً بحريق كل 31 مليون كيلومتر لمركبات ICE ، حسبما قال رائد EV.
5. من هم أكبر الشركات المصنعة؟
تهيمن آسيا على تصنيع خلايا أيونات الليثيوم ، حيث تمثل أكثر من 80 في المائة من السعة الحالية.
شحنت الشركة الصينية Contemporary Amperex Technology (CATL) الحجم الأكبر في عام 2020 ، حيث استحوذت على ما يقرب من ربع السوق.
وبحلول أيلول (سبتمبر) من هذا العام ، كانت قد وسعت تقدمها إلى 30 في المائة ، تليها شركة LG Energy Solution ومقرها كوريا الجنوبية ، وشركة Panasonic اليابانية.
يعد مشروع Tesla و Panasonic المشترك أكبر منتج للبطاريات في الولايات المتحدة.
يشمل المنتجون الناشئون شركة Northvolt في السويد ، التي أسسها التنفيذيون السابقون في Tesla ، وشركة Gotion High-tech في الصين.
6. هل البطاريات كلها متشابهة؟
لديهم نفس المكونات الأساسية: قطبان – كاثود وأنود – وإلكتروليت يساعد في نقل الشحنة بينهما.
لكن هناك اختلافات في المواد المستخدمة ، وهذا هو المفتاح لكمية الطاقة التي تمتلكها.
يمكن أن تستخدم أنظمة تخزين الشبكة أو المركبات التي تسافر لمسافات قصيرة كيمياء كاثود أرخص وأقل قوة تجمع بين الليثيوم والحديد والفوسفات.
بالنسبة للمركبات عالية الأداء ، يفضل صانعو السيارات استخدام المزيد من المواد كثيفة الطاقة ، مثل الليثيوم والنيكل وأكسيد المنغنيز – الكوبالت أو أكسيد الليثيوم – النيكل – الكوبالت – الألومنيوم.
تسعى المزيد من التحسينات إلى تحسين المدى – إلى أي مدى يمكن للمركبة أن تقطع قبل إعادة الشحن – بالإضافة إلى سرعة الشحن.
7. الصين حتى في موقف القطب؟
نعم ، من كل جانب تقريبًا.
الصين مسؤولة عن حوالي 80 في المائة من التكرير الكيميائي الذي يحول الليثيوم والكوبالت والمواد الخام الأخرى إلى مكونات بطاريات ، على الرغم من أن المعادن نفسها يتم تعدينها إلى حد كبير في أستراليا وجمهورية الكونغو الديمقراطية وتشيلي.
تهيمن الصين أيضًا على قدرة المعالجة عبر أربعة مكونات رئيسية للبطارية (الكاثود والأنود ومحاليل الإلكتروليت والفواصل) ، مع أكثر من نصف السعة المفوضة في العالم لكل منها ، وفقًا لبيانات BNEF.
تواجه الأمة تحديًا عندما يتعلق الأمر بتصميم وبرمجيات أشباه الموصلات المتقدمة ، وهي مكونات تزداد أهمية عندما تصبح السيارات أكثر ذكاءً.
أقل من 5 في المائة من رقائق السيارات مصنوعة في الصين ، وفقًا للجمعية الصينية لمصنعي السيارات.
8. هل التكلفة هي العائق الوحيد؟
لا تزال هناك مشكلة في نطاق القيادة.
في حين أن أغلى السيارات الكهربائية يمكنها السفر لمسافة 644 كيلومترًا أو أكثر قبل إعادة الشحن ، يظل المستهلكون الذين يفكرون في الطرازات السائدة قلقين بشأن عدد المرات التي سيحتاجون فيها إلى إعادة الشحن.
أصبحت شركات صناعة السيارات والحكومات منخرطة بشكل مباشر في نشر البنية التحتية العامة لإعادة الشحن للسائقين على الطريق.
ومع ذلك ، من المتوقع أن تتم معظم عمليات إعادة الشحن في المنزل ، وهذا يعني تكلفة أخرى للمستهلكين.
في حين أن متوسط سعر مجموعة الشحن المنزلي قد انخفض بنسبة 18 في المائة منذ عام 2017 إلى حوالي 650 دولارًا أمريكيًا ، فإن بعض أجهزة الشحن ثنائية الاتجاه الأفضل من نوعها (والتي تتيح لك إرسال الطاقة من السيارة إلى المنزل أو الشبكة) ، تكلف أكثر من 6000 دولار أمريكي.
يمكن أن تتراوح تكاليف التثبيت في الولايات المتحدة من 400 دولار أمريكي إلى أكثر من 3300 دولار أمريكي.
9. ما التوقعات؟
الأكثر توقعًا هو وصول بطاريات الحالة الصلبة ، والتي تعد بتحديث كبير للأداء من خلال استبدال السوائل القابلة للاشتعال التي تتيح الشحن والتفريغ بالسيراميك أو الزجاج أو البوليمرات.
تقول QuantumScape أن لديها ابتكارات في هذا المجال لزيادة نطاق السيارة بنسبة تصل إلى 50 في المائة ويمكن نشر التكنولوجيا في المركبات في الوكلاء في أقرب وقت ممكن بحلول عام 2026.
هناك تركيز آخر في الصناعة يتمثل في تعديل الأنودات – التي تُصنع عادةً باستخدام الجرافيت – لإضافة المزيد من السيليكون ، أو باستخدام معدن الليثيوم.
من المحتمل أن يجعل ذلك من الممكن تشغيل طائرات أصغر حجمًا.
يعد تخزين الطاقة المتجددة باستخدام بطاريات على نطاق المرافق لأيام أو أسابيع ، بدلاً من ساعات في الوقت الحالي ، تحديًا رئيسيًا أيضًا.
تعمل شركة Form Energy على تطوير بطاريات حديد-هواء تقول إنها يمكن أن تتيح شبكات خالية تمامًا من الكربون.
تعمل CATL وغيرها أيضًا على خطط لاستبدال الليثيوم ، أو دمجه مع تكنولوجيا أيونات الصوديوم الأرخص بكثير لبعض التطبيقات المتخصصة.
. إقرأ أيضا:
تعرف على مصير ملايين البطاريات المنتهية أعمارها الافتراضية
