الطاقة
خلية بطارية النحل لتكون منافسًا محتملًا للبطاريات الصلبة
بطاريات لتطوير العالم
تغير تقنية البطارية العالم بطرق لا حصر لها. وأكثر الأمثلة وضوحًا على ذلك هو السيارات الكهربائية، ولكن البطاريات المتقدمة也是 القوة الدافعة وراء أهمية الطائرات بدون طيار والابتكارات المستقبلية مثل القطارات فائقة السرعة وربما حتى محركات الكتلة للاستيلاء على الفضاء.
كما أنها ستكون ضرورية في جعل شبكة الطاقة خضراء من خلال تحسين منحنيات إنتاج الطاقة لللوحات الشمسية في المساء و توربينات الرياح في الأيام التي لا توجد فيها رياح.
مصدر: Statista
للحظة، تم حمل تقنية البطارية بواسطة تقنية الليثيوم الأيونية، اكتشاف ضروري لدرجة أنها فازت بجائزة نوبل في الكيمياء في عام 2019 (يمكنك قراءة المزيد عن تاريخ اكتشافها في مقالنا المخصص).
然而، تتمتع بطاريات الليثيوم الأيونية بحدود واحدة جديرة بالملاحظة. مع مرور الوقت، تنمو شوكات من الليثيوم المعدني، تسمى dendrites، قليلاً في كل دورة شحن / تفريغ. يمكن أن يؤدي ذلك إلى ثقب dendrites لمكونات البطارية، مما يخلق اختصارًا. ويضاف خطر هذا الاختصار من حقيقة أن بطاريات الليثيوم الأيونية تستخدم الكهرليات القابلة للاشتعال، مما يجعل حرائق البطاريات ساخنة وصعبة الإطفاء.
وهذا هو مشكلة مشتركة إلى حد ما مع جميع البطاريات القائمة على الليثيوم، بما في ذلك كيمياء LFP (فوسفات الحديد الليثيومي). على الأقل حتى الآن.
مصدر: جائزة نوبل
لمدة طويلة، كان البديل يعتبر كيمياء مختلفة تمامًا مثل صوديوم الأيون أو مفهوم بطارية مختلف، خاصة البطاريات الصلبة، التي لا تستخدم الكهرليات على الإطلاق.
قد لا يكون هذا صحيحًا بعد كل شيء. أعلنت شركة CATL، وهي الشركة الرائدة في تصنيع البطاريات، أن تصميمًا جديدًا “شبيهًا بالنحل” يمكن أن يخلق بطاريات بدون أي علامات على التدهور بعد 5 سنوات من الاستخدام المكثف.
يمكن استخدام هذا التصميم لإنشاء بطاريات بم mậtة طاقة مثل البطاريات الصلبة مع استخدام تقنية حالية في الغالب.
النحل لتخزين المزيد من الطاقة.
سبب رئيسي لتدهور البطاريات ونمو dendrites هو أن المواد تقلص وتتمدد خلال كل دورة شحن / تفريغ عندما يدخل أيونات الليثيوم إلى مصفوفة الأنود.
إدارة الانكماش / التمدد هو أيضًا واحد من القضايا الرئيسية التي عاقت تطوير البطاريات الصلبة. وتزعم CATL أنها وجدت حلاً من خلال تطوير هيكل شبيه بالنحل للمادة الأنودية.
الفكرة ليست جديدة تمامًا، حيث تم اقتراحها بالفعل من قبل الباحثين، على سبيل المثال، في ورقة علمية عام 2020 بعنوان “بطارية أيونات الليثيوم القابلة للتمديد dựa على هيكل النحل الدقيق الجديد“.
مصدر: Phys.org
أعلنت الشركة عن بطارية LFP (فوسفات الحديد الليثيومي) جديدة يمكنها إضافة 600 كم من النطاق في غضون 10 دقائق. في المجموع يمكن أن يكون مدى القيادة أكثر من 1,000 كم (600 ميل)، مما يزيل تمامًا جميع “قلق النطاق” لمالكي السيارات الكهربائية في المستقبل.
بشكل عام، هذا يعني أن 1 كم من النطاق يمكن شحنه كل ثانية ويمكن شحن الشحن الكامل ل 1,000 كم في 16.6 دقيقة.
سجل كثافة جديد
من الممكن أن يكون هذا النطاق الرائع بسبب “تجاوز كثافة طاقة نظام بطارية Shenxing عتبة 200 واط / كغ لأول مرة، وصولاً إلى 205 واط / كغ“.
تم تحقيق ذلك بفضل هيكل “شبيه بالنحل” الذي يحافظ بشكل أساسي على المواد في المكان الصحيح، وتجنب الشقوق والانكماش أثناء الشحن.
الشركة، بالطبع، غامضة إلى حد ما حول تفاصيل عملية التصنيع، حيث أن تقنية البطارية هي ربما واحدة من أكثر الفضاءات تنافسية في العالم حاليًا، و特别 مع الجيل التالي من بطاريات BYD المتوقعة في 190 واط / كغ.
أسرار التصنيع
نحن نعرف أنهم استخدموا شيئًا يسمى “التدرج الحبيبي / التغليف النانومتري”، والذي يمكن أن يضع كل جزيئة نانومترية داخل الخلية في المكان الصحيح. كما ذكروا “طلاء موصل أيونات الليثيوم السريع” لتسريع نقل الطاقة بين قطبي البطارية.
يمكن لمصانع CATL المتقدمة جدًا إنتاج واحدة من البطاريات الجديدة كل ثانية في مصنعها الرئيسي.
من ورقة علمية عام 2021، يمكننا تعلم بعض المزايا الرئيسية لأشكال النحل، وخاصة الكثافة المنخفضة والضغط والقص خارج الصفحة (مقاومة المواد للقوات التي تعمل في اتجاهات متوازية ولكن متعاكسة).
ترتيب النحل الجرافين يمنع بشكل فعال تجمع جزيئات السيليكون النانومترية، ويعزز التوصيل الكهربائي، وينقص مقاومة نقل Li+.
على الرغم من أن الأمر غير واضح كيف فعلت CATL ذلك، إلا أن بعض هذه الطرق معروفة؛ على سبيل المثال، يمكن أن تreate العلاجات الحرارية والكيميائية المتتالية مع الكربون والحمض لإنشاء هيكل النحل النانومتري.
مصدر: Chemistry Europe
مصدر: Chemistry Europe
تحسينات أخرى
في تقنية البطارية، كل تحسين يهم لأنه يمكن أن يتراكم مع تحسينات أخرى لجعل البطارية أكثر كثافة. وبالمقابل، يقلل ذلك من حجم البطارية المطلوب لمسافة معينة. ثم يقلل الوزن الإجمالي، مما يزيد من النطاق و / أو البطاريات المطلوبة.
توازيًا مع هيكلها الشبيه بالنحل، أعلنت CATL أيضًا عن بعض التحسينات الأخرى. واحد من العوامل في تعزيز كثافة بطارية CATL الجديدة هو تكنولوجيا الخلية المتوافقة مع الجسم (CTB)، والتي تحسن المساحة التي تاخذها البطارية في حزمة البطارية. أدى ذلك إلى تحسين كفاءة الحجم بنسبة 7٪.
الميزات الأخرى هي كفاءة التبريد فائقة العالية للصندوق ذو الجهد العالي، مما يقلل من استهلاك الطاقة بواسطة نظام التبريد. كما يضمن خوارزمية نظام إدارة البطارية الذكية بالذكاء الاصطناعي سلامة البطارية.
بنية الشحن
كانت بنية الشحن لسيارات الكهربائية عائقًا لفترة طويلة، chủ yếu لأنك تحتاج إلى شبكة كثيفة مثل محطات الوقود الحالية لتجنب أوقات الانتظار الطويلة والفجوات في شبكة الشحن في المناطق النائية. ومع ذلك، هناك مشكلة أخرى تطفو على السطح، وهي سعة محطات الشحن.
كما أن البطاريات أصبحت أكثر قدرة على التعامل مع أحمال الطاقة الهائلة وشحن سريع، فإن محطات الشحن نفسها تحتاج إلى سعة أعلى. الشحن السريع لمدة 16 دقيقة ل 1,000 كم يتطلب عملية شحن 4C، والتي herself تتطلب قدرة شحن ضخمة تبلغ 400 كيلو واط لبطارية 100 كيلو واط ساعة.
لهذا السبب، أعلنت CATL في ذلك الوقت أنها دخلت سوق بنية الشحن. ستبدأ في بناء شبكة شحن Shenxing السريعة في الصين، بالتعاون مع شركاء رائدين في الصناعة مثل Star Charge و YKC و Shudao New Energy.
بشكل عام، تخطط ل 600 نقطة خدمة تغطي 271 مدينة على مستوى المحافظة في 31 منطقة على مستوى المقاطعة. ويهدف توفير البطاريات وشبكات الشحن وخدمات مثل فحص البطارية و صيانتها إلى إنشاء نظام مغلق.
ما وراء LFP و EV
مقياس المرافق
تزداد CATL نشاطًا بشكل متزايد في سوق بطاريات المرافق، مع ما يبدو اهتمامًا متجددًا باستخدام كيمياء الليثيوم.
وأبرزها أن مشروعًا تجريبيًا، باستخدام نظام بطارية TENER المُحكمة، أظهر عدم وجود تدهور في السعة بعد 5 سنوات كاملة من التشغيل.
مصدر: Sustainability Environment
من المحتمل أن يصبح هيكل النحل جزءًا مركزيًا من هيكل بطارية CATL. على الرغم من أن هذا لم يُذكر صراحة، إلا أنه يُحتمل أن يكون هذا ما أشار إليه CATL عند الحديث عن TENER:
لتحقيق TENER، استخدمت الشركة SEI مع قنوات أيونية حيوية وأستقرار عالي، جنبًا إلى جنب مع تقنيات الكهرلية ذاتية التجميع لإنشاء ما يسمى “نظام تخزين طاقة خالٍ من العمر”.
باستخدام تقنيات متقدمة وحملات تصنيع قاسية، قمنا بحل تحديات المعادن الليثيومية عالية النشاط […،] مما يساعد بشكل فعال على منع عدم الاستقرار الحراري الناجم عن تفاعل الأكسدة، ”
يمكن أن يغير هذا الأداء غير المسبوق ل TENER معادلة تخزين البطارية الثابتة، حيث يعني عدم وجود تدهور ملف تعريف أمان محسّن بشكل كبير. كما يغير حساب التامين لبطارية أكثر استمرارًا، وهو نقطة رئيسية للشركات المرافقية.
من الممكن أن تفوز كيمياء أخرى بسوق المرافق، كما ناقشناها في “مستقبل بطاريات المرافق – تقنية بطاريات المرافق“. ولكن من الممكن أيضًا أن يفوز الليثيوم بسوق المرافق، الذي أكبر حتى من سوق السيارات الكهربائية الهائلة والمتزايدة.
حالة مضغوطة
من الممكن أيضًا أن يكون هيكل النحل وراء “حالة مضغوطة” البطارية التي كشفت عنها في عام 2023 ومن المتوقع أن تتم تسويقها قريبًا.
تُزعم أن بطاريات الليثيوم هذه (ليست LFP) تظهر كثافة طاقة تبلغ 500 واط / كغ، أو 2.5 مرة أكبر من بطاريات LFP التي أعلن عنها مؤخرًا.
لم يُعلن عن علامة أسعار لمشروع حتى الآن، لذلك يبدو أن تشكيلة CATL القادمة على النحو التالي:
- حالة مضغوطة عند 500 واط / كغ لسيارات EV فاخرة وربما حتى أسواق جديدة مثل الطائرات التي تعمل بالكهرباء.
- LFP متقدم عند 200 واط / كغ لسيارات EV متوسطة التكلفة، مع مدى 1,000 شحن يمكن شحنه في 16 دقيقة مع بنية شحن مناسبة.
- صوديوم أيون لسيارات EV منخفضة التكلفة مع مدى أقل.
ليس من الواضح أين ستتناسب البطاريات الصلبة في هذا الخليط. قد يكون بعض المستثمرين قلقين من أن الجيل الأول من التصميم الصلب قد يُباع ببطاريات LFP المتقدمة و state المضغوطة من CATL.
مصدر: Nature
استثمار في تقنيات البطارية المتقدمة
تقع البطاريات في قلب اتجاه الكهربة، وهو مشروع ضخم بقيمة تريليونات الدولارات يهدف إلى إزالة الوقود الأحفوري من مصادر طاقتنا.
يمكنك استثمار شركات متعلقة بالبطاريات من خلال العديد من الوسطاء، ويمكنك العثور هنا، على securities.io، توصياتنا لأفضل الوسطاء في الولايات المتحدة، كندا، أستراليا، المملكة المتحدة، بالإضافة إلى العديد من البلدان الأخرى.
إذا لم تكن مهتمًا باختيار شركات بطاريات محددة، يمكنك أيضًا النظر في صناديق مؤشر البطاريات مثل Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT)، أو Global X’s Lithium & Battery Tech ETF (LIT)، أو WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF، والتي ستوفر لك تعرضًا أكثر تنوعًا للاستفادة من صناعة البطاريات المتزايدة.
شركات بطاريات متقدمة
1. CATL (300750.SZ)
لقد تحدثنا بالفعل عن التقدم التكنولوجي لشركة CATL. الشركة هي الرائدة العالمية في تصنيع البطاريات، وتنتج أكثر من نصف حجم البطارية العالمي. وهي موجودة في كل خطوة من سلسلة توريد تصنيع البطارية وهي رائدة في تقنية البطارية.
هذا صحيح للبطاريات الليثيوم الأيونية، حيث كانت الشركة زعيمة مثبتة لفترة طويلة. الآن يبدو صغيرًا بالمقارنة مع الإعلان الأخير.
أعلنت CATL أيضًا في الماضي عن تقدم مثير في العديد من أنواع البطاريات الأخرى:
- بطارية طويلة العمر للغاية تبلغ 12,000 دورة لتحسين تخزين الطاقة على مستوى المرافق، مع 18,000 دورة كهدف طويل الأمد.
- بطارية LFP تبلغ 700 كم تبلغ 400 كم من النطاق في 10 دقائق، التي تبدو الآن صغيرة بالمقارنة مع الإعلان الأخير.
- بطارية تبلغ 500 واط / كغ، مما قد يسمح بالتكهرب في طائرات الركاب.
- إنتاج كبير لبطاريات صوديوم الأيون تبلغ 160 واط / كغ، مع هدف ل 200 واط / كغ.
مصدر: CATL
مصدر: CATL
كما استثمرت CATL 3.25 مليار دولار في قدرات إعادة تدوير البطاريات في الصين. وقد حققت CATL بالفعل معدل استردادremarkable يبلغ 99.6٪ للنيكل والكوبالت والمنغنيز و 91٪ للليثيوم.
بفضل حجمها وتركيزها وإنجازات البحث والتطوير، من المحتمل أن تكون CATL في طليعة ابتكارات البطارية وتصنيعها وإعادة تدويرها.
هذا يجعلها شريكًا رئيسيًا لصناعي السيارات، بما في ذلك Tesla و NIO و Ford و Stellantis، وغيرهم، مع إضافة Hyundai مؤخرًا إلى قائمة تحالفات CATL المتزايدة.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن تطبيق الدروس المستفادة في كيمياء واحدة على كيمياء أخرى، لذلك قد نرى قريبًا بطاريات صوديوم الأيون الشبيهة بالنحل أو المضغوطة. ومن المحتمل أن تكون اقتصاديات الحجم في إنتاج نصف بطاريات العالم قابلة للتطبيق على الشركة بأكملها، بغض النظر عن التكنولوجيا المحددة المستخدمة في منتج معين.
2. BYD (BYDDY)
كانت BYD منافسًا طويل الأمد لشركة Tesla في سوق السيارات الكهربائية، وأصبحت منافسًا جادًا ليس فقط لشركة Tesla ولكن لجميع صانعي السيارات تقريبًا.
تطورت الشركة من أصلها كمورد لبطاريات الهواتف الليثيوم الأيونية إلى بيع ما يقرب من نفس عدد السيارات الكهربائية مثل Tesla في الصين (أعلى سوق للسيارات الكهربائية في العالم) وتصدر السيارات الكهربائية في تايلاند والسويد وأستراليا ونيوزيلندا وسنغافورة وإسرائيل والبرازيل.
BYD هي جزء كبير من سبب为什么 أصبحت الصين فجأة أكبر مصدر للسيارات في عام 2023، متجاوزة اليابان. وتوسع الشركة الخارجي العدواني يحمل أيضًا مصانع جديدة، مثل في المجر.
ومع إطلاق سيارات تبلغ تكلفتها 10,000 دولار – 12,000 دولار مثل Seagull، التي تستخدم بطاريات الصوديوم، قد يفتح سوق جديد لسيارات BYD الكهربائية.
لا تزال BYD مصنعًا للبطاريات في جوهرها، وهي منافس جاد لشركة CATL في سوق بطاريات LFP (فوسفات الحديد الليثيومي)، مع حصة سوقية تبلغ 41.1٪ في الصين (مقارنة ب 33.9٪ لشركة CATL).
“الفيضانات” من السيارات الكهربائية الرخيصة التي تنتجها BYD في الأسواق الأوروبية والأمريكية قد تلاقي بعض forme من الحمائية (حتى فوق الرسوم الجمركية المُطبقة مؤخرًا)، مما قد يعيق نمو BYD.
لكن في الوقت نفسه، السيارات الكهربائية الصينية الرخيصة هي بالفعل نجاح كبير في بقية العالم، الذي لا يملك منافسين كثيرة من صانعي السيارات المحلية لحمايتهم، بما في ذلك كل أمريكا الجنوبية وروسيا وأفريقيا والشرق الأوسط وجنوب شرق آسيا.
هذا يمثل مئات الملايين من العملاء المحتملين لشركة BYD، الذين يعيشون في دولة تسعى إلى تحقيق توازن جيوسياسي وتبقى على علاقة جيدة مع الغرب والصين، لذلك من غير المحتمل أن تخلق حواجز حمائية قوية جدًا.
وقد تظل BYD منافسًا حتى في الاتحاد الأوروبي أو الولايات المتحدة، بفضل الأسعار الأعلى بكثير لصانعي السيارات المحليين مقارنة بالأسعار في الصين، بالإضافة إلى توطين الإنتاج خارج الصين لهذه الأسواق، مثل على سبيل المثال في شرق أوروبا أو المكسيك أو تركيا.
