الطاقة
هل سعة بطارية سيارتك الكهربائية قد تضاءلت؟ اللوم يعود إلى الهيدروجين
فقدان طاقة البطاريات
حتى بعد عقود من استخدامها في الإلكترونيات—والآن في السيارات الكهربائية—ما زلنا لا نفهم بطاريات الليثيوم‑أيون تمامًا. على سبيل المثال، إحدى المشكلات هي ميل البطاريات إلى التفريغ الذاتي مع مرور الوقت. هذه المشكلة تزداد مع الزمن، وهي سبب رئيسي يجعل البطاريات تصل إلى نهاية عمرها المفيد بعد 7‑10 سنوات في معظم الحالات.
التفريغ الذاتي يمثل أيضًا مشكلة للكيماويات التي لا تستخدم الكوبالت، مما يحد من اعتمادها حتى وإن كان الكوبالت مكلفًا ويتم إنتاجه في ظروف غالبًا ما تنتهك حقوق الإنسان.
حتى وقت قريب، كان العلماء يعتقدون أن التفريغ الذاتي مرتبط بأيونات الليثيوم (انظر أدناه لمزيد من التفاصيل). لكن يبدو أن هذا غير صحيح.
نشرت الأبحاث مؤخرًا أن البروتونات (نوى الهيدروجين) هي المسؤولة فعليًا عن التفريغ الذاتي. يفتح هذا الطريق لتصاميم جديدة وطرق لتخفيف المشكلة، مما قد يحسن البطاريات المستقبلية بشكل كبير.
نشروا نتائجهم في المجلة المرموقة Science تحت عنوان “تحفيز أكسيد الهيدروجين بوساطة المذيب في الأقطاب الموجبة الطبقية”.
تم تحقيق ذلك من خلال جهد تعاوني هائل جمع باحثين من جامعة كولورادو، مختبر أبحاث الجيش DEVCOM، مختبر مسرع SLAC الوطني، مختبر أرغون الوطني، مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني، جامعة هيوستن، مختبر الطاقة المتجددة الوطني، جامعة ولاية أوريغون، جامعة ستانفورد، مختبر لورنس بيركلي الوطني، والجامعة الوطنية في تايوان.
النموذج السابق
تعمل بطاريات الليثيوم عن طريق نقل أيونات الليثيوم من جانب الأنود إلى جانب الكاثود عبر إلكتروليت. هذا التدفق يخلق تيارًا كهربائيًا. تُعكس العملية عند شحن البطارية.
المصدر: ResearchGate
حتى الآن، كان الافتراض أن التفريغ الذاتي مرتبط بأيونات الليثيوم التي تبقى عالقة في الكاثود، وبالتالي لا تعود إلى الأنود عند الشحن، مما يقلل من عدد الأيونات المتاحة لتوليد الطاقة.
كان هذا محور تحسين تصاميم بطاريات الليثيوم‑أيون، مع محاولات عديدة لتحسين تدفق أيونات الليثيوم وجعل عودتها إلى الأنود مثالية قدر الإمكان. يبدو، مع ذلك، أن هذه ليست المشكلة الفعلية.
الهيدروجين يحتل مواقع الليثيوم
تمكن الباحثون من تحليل مادة البطارية بعمق باستخدام جهاز أشعة سينية قوي في مختبر أرغون الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية في إلينوي.
وبذلك اكتشفوا أن جزيئات الهيدروجين من إلكتروليت البطارية تنتقل إلى مادة الكاثود وتستولي على مواقع أيونات الليثيوم. أدى ذلك إلى انخفاض المساحة المتاحة لأيونات الليثيوم، مما يقلل سعة البطارية.
يحدث ذلك في الغالب في أكسيد المعادن الانتقالي الطبقي للكاثود.
علاوة على ذلك، تتسبب هذه العملية في تلف مادي للكاثود، محدثة تشققات ومسرعةً تدهور البطارية.
لذا لا يقلل بروتونات الهيدروجين عمر البطارية فقط عبر تقليل السعة، بل يسبب أضرارًا مباشرة كان يُفترض حتى الآن أنها ناتجة عن أيونات الليثيوم.
الإمكانات المباشرة
حل قيود السيارات الكهربائية
قيد رئيسي في تبني السيارات الكهربائية والانتقال إلى بطاريات خالية من الكوبالت هو أن الكيماويات البديلة تظهر مدى أقل نسبيًا. بالنسبة لبعض السائقين، هذا قيد غير مقبول مقارنةً بالسيارات التي تعمل بالوقود.
القلق من أن تدوم مجموعة البطاريات أقل من باقي السيارة، مما يؤدي إلى نفقات إضافية غير متوقعة، هو أيضًا قلق كبير يعرقل الكثيرين عن التحول إلى السيارات الكهربائية. خاصةً أن معظم طرازات السيارات الكهربائية لا تزال أغلى قليلاً في الشراء.
هذه القصر في العمر يمثل أيضًا قلقًا بيئيًا، لأنه يعني الحاجة إلى استخراج المزيد من المواد، واستهلاك طاقة أكبر لإنتاج البطاريات، وزيادة الجهود المطلوبة لإعادة التدوير.
تحسين عمر الكاثود
الآن بعد أن علمنا أن الهيدروجين، وليس الليثيوم، هو المسؤول عن تدهور الكاثود، فإننا أكثر احتمالًا لإيجاد حلول فعّالة. يناقش الباحثون على سبيل المثال استخدام طلاء خاص على الكاثود يمكنه حجب جزيئات الهيدروجين.
خيار آخر هو استخدام إلكتروليتات مختلفة لا تُنتج الهيدروجين أصلاً.
البطاريات الصلبة
هذا اكتشاف مشجع أيضًا للبطاريات الصلبة. نظرًا لأن هذه التصاميم لا تستخدم إلكتروليت على الإطلاق، فقد تكون محصنة تمامًا من المشكلات التي يسببها الهيدروجين المتولد من الإلكتروليت.
بحد ذاته، قد يفسر هذا بعض الأداء المذهل للبطاريات الصلبة.
الاستثمار في تقنيات البطاريات المتقدمة
تُعد البطاريات محور اتجاه التحول الكهربائي، وهو مسعى متعدد التريليونات من الدول لإزالة الوقود الأحفوري من مصادر طاقتنا. وستكون البطاريات الأكثر موثوقية وأرخص وأكثر دوامًا في صميم جهود “تحويل” نظام الطاقة إلى الأخضر.
يمكنك الاستثمار في شركات متعلقة بالبطاريات عبر العديد من الوسطاء، ويمكنك العثور هنا، على securities.io، على توصياتنا لأفضل الوسطاء في الولايات المتحدة الأمريكية، كندا، أستراليا، المملكة المتحدة، وكذلك العديد من البلدان الأخرى.
إذا لم تكن مهتمًا باختيار شركات بطاريات محددة، يمكنك أيضًا النظر في صناديق المؤشرات المتداولة (ETF) للبطاريات مثل Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT)، وصندوق Global X Lithium & Battery Tech ETF (LIT)، أو WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF، والتي ستوفر تعرضًا أكثر تنوعًا للاستفادة من نمو صناعة البطاريات.
أو يمكنك الاطلاع على مقالتنا حول “أفضل 10 أسهم بطاريات للاستثمار فيها” و “أفضل 10 أسهم معادن بطاريات وطاقة متجددة”.
شركات البطاريات المتقدمة
1. CATL (300750.SZ)
لقد تحدثنا بالفعل عن الريادة التقنية لشركة CATL. الشركة هي الرائدة عالميًا في تصنيع البطاريات، حيث تنتج أكثر من نصف حجم البطاريات العالمي. هي موجودة في كل خطوة من سلسلة إمداد تصنيع البطاريات وتعد رائدة في تكنولوجيا البطاريات.
هذا صحيح بالنسبة لبطاريات الليثيوم‑أيون، حيث كانت الشركة رائدة منذ فترة طويلة. الآن تبدو صغيرة مقارنةً بالإعلان الأخير.
أعلنت CATL في الماضي عن تقدم ملحوظ في عدة أنواع أخرى من البطاريات :
- بطارية فائقة العمر تصل إلى 12,000 دورة لتخزين الطاقة على نطاق المرافق، مع هدف 18,000 دورة على المدى الطويل.
- بطارية LFP (فوسفات الحديد الليثيوم) بمدى 700 كلم تشحن 400 كلم في 10 دقائق الآن تبدو صغيرة مقارنةً بالإعلان الأخير.
- بطارية بقدرة 500 واط/كغ، قد تمكّن من كهربة الطائرات المدنية.
- الإنتاج الضخم لبطاريات الصوديوم‑أيون بقدرة 160 واط/كغ، مع هدف 200 واط/كغ.
المصدر: CATL
استثمرت CATL أيضًا 3.25 مليار في قدرات إعادة تدوير البطاريات في الصين. حققت CATL معدل استرداد ملحوظ قدره 99.6% للنيكل والكوبالت والمنغنيز، و91% للليثيوم.
بفضل حجمها وتركيزها وإنجازات البحث والتطوير، من المرجح أن تكون CATL في طليعة الابتكار في تصنيع وإعادة تدوير البطاريات.
هذا يجعلها شريكًا أساسيًا لمصنعي السيارات الكهربائية، بما في ذلك Tesla، NIO، Ford، Stellantis، وغيرها، مع إضافة Hyundai مؤخرًا إلى قائمة التحالفات الاستراتيجية لـ CATL.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن تطبيق الدروس المستفادة من كيمياء واحدة على أخرى، لذا قد نرى قريبًا بطاريات صوديوم‑أيون على شكل خلية عسل أو حالة مكثفة. اقتصاديات الحجم في إنتاج نصف بطاريات العالم من المرجح أن تنطبق على الشركة بأكملها، بغض النظر عن التقنية المستخدمة في منتج معين.
2. BYD (BYDDY)
منافس قديم لتسلا في سوق السيارات الكهربائية، أصبحت BYD منافسًا جادًا ليس فقط لتسلا بل لجميع صانعي السيارات تقريبًا.
تطورت الشركة من كونها مورّدًا لبطاريات هواتف الليثيوم‑أيون إلى بيع عدد مماثل من السيارات الكهربائية لتسلا في الصين (أكبر سوق للسيارات الكهربائية في العالم) وتصبح السيارة الكهربائية الأكثر مبيعًا في تايلاند، السويد، أستراليا، نيوزيلندا، سنغافورة، إسرائيل، والبرازيل.
تُعد BYD جزءًا كبيرًا من السبب الذي جعل الصين فجأة تصبح أكبر مصدر للسيارات في العالم عام 2023، متجاوزة اليابان. توسع الشركة القوي في الخارج يُعزز أيضًا من خلال مصانع جديدة، مثل ما في المجر.
ومع إطلاق سيارات بسعر 10,000‑12,000 دولار مثل Seagul، التي تستخدم بطاريات الصوديوم، قد يفتح سوق جديد تمامًا لسيارات BYD الكهربائية.
ما زالت BYD شركة تصنيع بطاريات في جوهرها، وتُعد منافسًا جادًا لـ CATL في سوق بطاريات LFP (فوسفات الحديد الليثيوم)، حيث تمتلك حصة سوقية تبلغ 41.1% في الصين (مقارنةً بـ 33.9% لـ CATL).
من المحتمل أن يواجه “فيضان” السيارات الكهربائية الرخيصة التي تنتجها BYD في الأسواق الأوروبية والأمريكية بعض مستويات الحماية (حتى أعلى من التعريفات المفروضة مؤخرًا)، مما قد يعيق نمو BYD.
لكن في الوقت نفسه، حققت السيارات الكهربائية الصينية الرخيصة نجاحًا كبيرًا في باقي أنحاء العالم، التي لا تمتلك منافسين محليين قويين، بما في ذلك كامل أمريكا الجنوبية، روسيا، أفريقيا، الشرق الأوسط، وجنوب شرق آسيا.
هذا يمثل عدة مليارات من العملاء المحتملين لـ BYD، يعيشون في دول تتطلع إلى تحقيق توازن جيوسياسي والبقاء على علاقة جيدة مع كل من الغرب والصين، لذا من غير المرجح أن تُنشئ حواجز حماية قوية جدًا.
وحتى في الاتحاد الأوروبي أو الولايات المتحدة، قد تظل BYD تنافسية، بفضل الأسعار الأعلى بكثير للمصنعين المحليين مقارنةً بأسعار الصين، بالإضافة إلى توطين الإنتاج خارج الصين لهذه الأسواق، مثلًا في أوروبا الشرقية، المكسيك، أو تركيا.
