النقل
تصميم جديد للبطاريات الليثيوم أيون يتيح شحن سريع للمركبات الكهربائية في الطقس البارد
أضف Securities.io إلى مصادرك المفضلة على Google
سوق السيارات الكهربائية (EV) العالمي يشهد نمواً قوياً، حيث أن واحدة من كل خمس سيارات مباعة هي كهربائية.
في العام الماضي، ارتفع عدد السيارات الكهربائية المباعة بنسبة 25٪، ومع ذلك، شكلت السيارات الكهربائية 21٪ من إجمالي مبيعات السيارات عالمياً.
هذا النمو مدفوع بطلب المستهلكين، الذين يهتمون بتغير المناخ، ودعم السياسات من الحكومات حول العالم، وتزايد المنافسة السعرية، مما يجعل السيارات الكهربائية ميسورة التكلفة، وتحسينات في تكنولوجيا البطاريات.
في مجال البطاريات، تُعد بطاريات الليثيوم أيون الأكثر شيوعاً واستخداماً بفضل وزنها الخفيف، وكثافتها الطاقية العالية، وعمرها الطويل.
مع ذلك، رغم هذه التطورات في تكنولوجيا البطاريات، فإن بطاريات الليثيوم أيون الحالية ذات أداء محدود في درجات الحرارة المنخفضة والشحن السريع. كما يتأثر أداؤها إذا كان القطب سميكاً جداً، حيث يجب معالجة تأثيرات نقل الكتلة والكينيتيات السطحية المتعددة في آن واحد.
ينتج عن ذلك تنازلات في التصميم تقيد استخدام البطاريات في المناطق التي يصعب فيها كهربتها. وهذا ينطبق بشكل خاص على البيئات القاسية والتكوينات التي لا يمكن فيها إدارة الحرارة.
هذا يعني أن تحسين بطاريات الليثيوم يتطلب معالجة المعضلة الثلاثية بين الأقطاب ذات الكثافة الطاقية العالية، والتشغيل في درجات حرارة منخفضة، والشحن السريع.
بهذا الهدف، قدم مهندسون من جامعة ميتشيغان استراتيجية تمكّن من الشحن السريع للغاية، حتى 6C، في درجات حرارة منخفضة تصل إلى -10°C. الشحن السريع في درجات الحرارة المنخفضة يَعِد بتحسين أداء السيارات الكهربائية في المناخات الباردة.
تم تحقيق الشحن السريع تحت درجات حرارة تحت الصفر مع الحفاظ على تحميل القطب بأكثر من 3mAh/cm2.
لهذا، قدم الفريق استراتيجية تدمج هياكل أقطاب ثلاثية الأبعاد مع واجهة صلبة صناعية (SEI) باستخدام الترسيب الذري للطبقة الصلبة (Li3BO3-Li2CO3).
يمكن لهذه الاستراتيجية المتكاملة معالجة قيود الواجهة والنقل تحت الظروف القاسية دون تكوين طبقة ليثيوم ضارة. تعديل الأقطاب لتعزيز نقل الكتلة والكينيتيات السطحية زاد من سعتها المتاحة.
وفقاً للدراسة، نُشِرَ في مجلة Joule1, توفر رؤى أساسية حول الآليات السائدة التي تتحكم في ترسيب الليثيوم وتدهور السعة تحت ظروف الحرارة المنخفضة والشحن السريع.
الشحن السريع للمركبات الكهربائية في الطقس البارد
اعتماد السيارات الكهربائية على مستوى العالم ينمو بثبات منذ عقد 2010. في عام 2020، شهدت السيارات الكهربائية لحظتها الكبيرة حيث ارتفعت التسجيلات في الأسواق الرئيسية رغم جائحة كوفيد.
حققت السيارات الكهربائية عامها القياسي في 2020، حيث كان هناك أكثر من 10 ملايين منها على الطرق بنهاية العام، مع نماذج السيارات الكهربائية التي تدفع بالتوسع.
منذ ذلك الحين، أصبحت السيارات الكهربائية أكثر شعبية، وأصبحت مشهدًا شائعًا على الطرق. ومع ذلك، فإن معدل النمو يتباطأ الآن.
وفقًا لاستطلاع مستهلكي AAA، انخفض عدد البالغين في الولايات المتحدة الذين قد يكونون “مرجحين” أو “مرجحين جدًا” لشراء سيارة كهربائية جديدة أو مستعملة من 23٪ في 2023 إلى 18٪ في 2024. بالإضافة إلى ذلك، قال 63٪ أنهم “غير مرجحين” أو “غير مرجحين جدًا” أن تكون سيارتهم التالية كهربائية.
“المتبنون الأوائل الذين أرادوا سيارة كهربائية لديهم بالفعل واحدة”، أشار غريغ برانون، مدير أبحاث السيارات في AAA، الصيف الماضي. “المجموعة المتبقية من الأشخاص الذين لم يتبنوا بعد السيارات الكهربائية ينظرون إلى العملية، التكلفة، الراحة، وتجربة الملكية، وللبعض، هذه عقبات كافية لمنعهم من القفز إلى الكهرباء بالكامل.” الاهتمام يتحول إلى الهجينة.
يعود التحول جزئياً إلى القلق بشأن انخفاض المدى في الشتاء وبطء الشحن. في الشتاء، تحتاج البطاريات إلى أن تكون دافئة بما يكفي لتحرك الإلكترونات، مما يعني أن تسخين البطارية وإعدادها للشحن قد يستغرق نصف ساعة. وفقًا لنيل داسغوبتا، أستاذ مشارك في الهندسة الميكانيكية وعلوم المواد والهندسة في جامعة ميتشيغان:
“شحن بطارية السيارة الكهربائية يستغرق من 30 إلى 40 دقيقة حتى مع الشحن السريع العدواني، وتزداد هذه المدة إلى أكثر من ساعة في الشتاء. هذه هي النقطة التي نريد معالجتها.”
وجدت الدراسات أن فقدان المدى يمكن أن يتراوح بين 10٪ إلى 36٪. الحقيقة هي أنه في درجات الحرارة المنخفضة، “تقريبًا أي مادة كيميائية تتباطأ.”
لذا، طور مهندسو جامعة ميتشيغان عملية تصنيع معدلة لبطاريات السيارات الكهربائية يمكنها السماح بالشحن السريع في الطقس المتجمد ومدى عالي. مع حل هذه المشكلات الكبيرة، يمكن لهذه العملية تعزيز اعتماد السيارات الكهربائية أكثر.
“نحن نتخيل أن هذا النهج يمكن أن يتبناه مصنعو بطاريات السيارات الكهربائية دون تغييرات كبيرة في المصانع القائمة. للمرة الأولى، أظهرنا مسارًا لتحقيق الشحن السريع المتطرف في درجات حرارة منخفضة في آن واحد، دون التضحية بكثافة الطاقة لبطارية الليثيوم أيون.”
– المؤلف المشارك في الدراسة، داسغوبتا
باستخدام عملية التصنيع الجديدة هذه، بطاريات الليثيوم أيون للسيارات الكهربائية يمكن أن تشحن أسرع بنسبة تصل إلى 500٪ حتى عند 14°F.
هذا الأداء القوي هو نتيجة بنية وطلاء يمنع تكوين ترسيب الليثيوم على أقطاب البطارية. يعتبر ترسيب الليثيوم ضارًا للبطاريات، حيث يعيق أدائها من خلال تلاشي السعة وتقليل عمر الدورات. يمكن أن يكون أيضًا خطرًا محتملًا على السلامة في شكل دوائر قصيرة داخلية نتيجة تكوين أشجار ليثيوم.
من خلال منع تكوين ترسيب الليثيوم، مكنت التعديلات البطاريات من الحفاظ على ما يصل إلى 97٪ من سعتها، حتى بعد شحنها السريع 100 مرة في درجات حرارة شديدة البرودة.
هندسة بطارية ذات سرعة، مدى، ومقاومة للبرد محسّنة
تخزن بطاريات السيارات الكهربائية الطاقة الكيميائية وتحولها إلى طاقة كهربائية. يتم هذا التحويل بواسطة تفاعل كيميائي كهربائي يستخدم خلايا الليثيوم أيون مع قطب سالب (الأنود) وقطب موجب (الكاثود) مفصولين بفاصل وإلكتروليت.
الإلكتروليت، وهو محلول مثل ملح الليثيوم، يسهل نقل الأيونات بين الكاثود والأنود. يدفع هذا التحرك الأيوني تدفق الإلكترونات عبر دائرة خارجية، مخلقًا طاقة كهربائية لتشغيل الجهاز المتصل.
أثناء التفريغ، عندما تكون البطارية قيد الاستخدام، يطلق الأنود أيونات الليثيوم إلى الكاثود. وعند الشحن، أي عندما تكون موصولة بمصدر الطاقة، يطلق الكاثود أيونات الليثيوم إلى الأنود. في درجات الحرارة الباردة، يتباطأ حركة الأيونات، مما يقلل من قدرة البطارية ومعدل الشحن.
لتمديد مدى السيارة الكهربائية، وهو المسافة التي يمكنها قطعها بشحنة واحدة، اتخذ صانعو السيارات نهج زيادة سمك القطب. هذا سمح للمصنعين بتقديم رحلات أطول قبل الحاجة لإعادة الشحن، لكنه يجعل بعض الليثيوم صعب الوصول إليه، مما يؤدي إلى شحن أبطأ وقوة أقل بالنسبة لوزن البطارية.
قامت فريق جامعة ميتشيغان قامت سابقًا بتحسين2 قدرة شحن البطارية من خلال إنشاء مسارات في الأنود، كل منها بحجم 40 ميكرونًا. خدمت القنوات كمسارات انتشار لنقل الأيونات بسرعة.
لهذا، عرضوا عملية نمذجة بالليزر لإنتاج هياكل أنود من الجرافيت ثلاثية الأبعاد. في هذه العملية، قاموا بقصف الجرافيت بالليزر، مما مكن أيونات الليثيوم من العثور على مواقع للاندماج بسرعة أكبر. من خلال الاختراق العميق داخل القطب، ضمنوا شحنًا أكثر تجانسًا.
عند اختبارها، أظهر تصميمهم احتفاظًا بالسعة بنسبة 91٪ و86٪ بعد 600 دورة من الشحن بـ 4C و6C على التوالي. كما سمح تصميم الأنود ثلاثي الأبعاد للخلويات بالوصول إلى أكثر من 90٪ من السعة أثناء الشحن السريع.
على الرغم من تسريع الشحن بشكل كبير في درجة حرارة الغرفة، ظل الشحن في درجات الحرارة الباردة غير فعال. كان ذلك بسبب الطبقة الكيميائية التي تتشكل على سطح القطب نتيجة التفاعل مع الإلكتروليت.
“هذا الترسيب يمنع شحن القطب بالكامل، مما يقلل مرة أخرى من سعة الطاقة للبطارية.”
– المؤلف المشارك في الدراسة مانو جانديد، زميل أبحاث كبير في الهندسة الميكانيكية بجامعة ميتشيغان.
كان الجواب على هذه المشكلة هو منع تكوين الطبقة السطحية، وقد تم ذلك عن طريق طلاء البطارية بمواد مصنوعة من بورات الليثيوم-كربونات. كان للطلاء، الذي يبلغ سمكه حوالي 20 نانومتر، تأثير في تسريع الشحن في البرد.
عند دمج ذلك مع القنوات، وجدت الخلايا التجريبية أنها تشحن أسرع بنسبة 500٪ في درجات حرارة تحت الصفر.
“من خلال التآزر بين الهياكل ثلاثية الأبعاد والواجهة الصناعية، يمكن لهذا العمل معالجة المعضلة الثلاثية للشحن السريع في درجات حرارة منخفضة للقيادة على مسافات طويلة في آن واحد.”
– المؤلف الأول تاي تشو، خريج حديث للدكتوراه في الهندسة الميكانيكية
يتم تمويل العمل اللاحق لتطوير عملية جاهزة للمصنع من قبل مؤسسة التنمية الاقتصادية لميتشيغان.
كما قدم فريق الهندسة بجامعة ميتشيغان طلبًا لحماية براءة الاختراع. وفي الوقت نفسه، قامت شركة Arbor Battery Innovations—وهي كيان يملك كل من داسغوبتا والجامعة مصلحة مالية فيه—بترخيص تقنية القنوات وتعمل الآن على تجاريتها.
شركة مبتكرة
فورد موتور
الآن، إذا نظرنا إلى شركة مبتكرة في عالم البطاريات والسيارات الكهربائية، فإن شركة تسلا التي يملك إيلون ماسك قيمة سوقية تبلغ 875.5 مليار دولار هي الاسم الأكثر بروزًا، لكنها تمر بوقت صعب. انخفضت أسهمها بنسبة 32.6٪ منذ بداية العام وتُتداول عند 261.23. الشركة التي لا تدفع أي توزيعات أرباح عانت أيضًا من انخفاض بنسبة 13٪ في الربع الأول من 2025 في عدد (336,681) مركبة تم تسليمها مقارنة بالعام السابق. خلال هذا الربع، واجهت تسلا مقاطعات واحتجاجات وحتى أعمال إجرامية بسبب تورط الرئيس التنفيذي ماسك في إدارة ترامب.
ثم هناك شركة ألبيمارل كوربوريشن ذات القيمة السوقية 7.1 مليار دولار (ALB )، واحدة من أكبر منتجي الليثيوم وحيوية لسلسلة إمداد بطاريات الليثيوم أيون. أسهم ALB أيضًا انخفضت بنحو 30٪ منذ بداية العام، رغم أنها تدفع عائد توزيعات بنسبة 2.68٪.
في بنية تحتية للسيارات الكهربائية، شركة ChargePoint (CHPT )، التي تبلغ قيمتها السوقية 273.3 مليون دولار، تواجه أيضًا بيئة صعبة. انخفض إيرادها، وأسهمها انخفضت بنسبة 44.25٪ منذ بداية العام وتُتداول عند 0.60 دولار.
فهل هناك شركات تحقق أداءً جيدًا فعلاً؟ حسنًا، شركة BYD الصينية وCATL بالتأكيد كذلك.
تشهد شركة السيارات والبطاريات الصينية نمواً مالياً كبيراً، حيث أبلغت عن إيرادات سنوية قدرها 107 مليار دولار لعام 2024، وهو ما يتجاوز تسلا. قال رئيس BYD وانغ تشوانفو: “أصبحت BYD رائدة في الصناعة في كل قطاع من البطاريات والإلكترونيات إلى المركبات الجديدة للطاقة، كاسرةً هيمنة العلامات الأجنبية وإعادة تشكيل المشهد الجديد للسوق العالمية.”
في الربع الأول من 2025، باعت BYD ما يقرب من مليون سيارة ركاب، بزيادة 58.7٪ مقارنة بالربع الأول من 2024. أكثر من 200 ألف من هذه السيارات تم تصديرها إلى الخارج، بزيادة 110.5٪ مقارنة بالربع الأول من 2024. حتى أسهمها ارتفعت بنسبة هائلة 28.77٪ منذ بداية العام وتُتداول عند 43.78 دولار مع دفع عائد توزيعات بنسبة 1٪.
شركة Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL) هي شركة صينية رائدة أخرى في تصنيع البطاريات تستعد للحصول على موافقة من بورصة هونغ كونغ لإدراج بقيمة 5 مليارات دولار، مما سيعزز وضعها المالي ويدعم خطط توسعها.
خارج الصين، حققت شركة فولكسفاجن AG الألمانية تقدمًا كبيرًا، حيث أبلغت عن زيادة بنسبة 1.4٪ في تسليماتها العالمية إلى 2.13 مليون وحدة في الربع الأول من 2025. هذا الارتفاع مدفوع بالنمو في أوروبا والأمريكتين، بينما انخفضت تسليماتها في سوق الصين بنسبة 7.1٪. ومع ذلك، من المتوقع أن تكون الأرباح التشغيلية أقل بسبب انخفاض السوق الأمريكية نتيجة مخاوف من ركود عالمي. تخطط الشركة أيضًا لرفع الأسعار بعد تطبيق تعريفة السيارات بنسبة 25٪ التي فرضها ترامب.
بالعودة إلى السوق الأمريكية، هنا، تستفيد شركة فورد من حصة السوق بصفتها شركة تصنيع سيارات أمريكية، تصنع الغالبية العظمى من سياراتها محليًا. تأسست على يد هنري فورد في عام 1903، وتتمتع الشركة بموقع جيد للاستفادة من خطط الرئيس ترامب. وفقًا للرئيس أندرو فريك:
“نحن نجمع المزيد من المركبات الأمريكية ونوظف المزيد من العمال الساعيين في صناعة السيارات الأمريكية أكثر من أي شركة أخرى. نريد أن نفعل المزيد، لا الأقل، هنا في الولايات المتحدة.”
أطلقت الشركة مؤخرًا عرض خصم محدود الوقت كجزء من حملة “من أمريكا، لأمريكا” لجذب المزيد من المشترين بينما تقوم الشركات الأخرى برفع الأسعار لتغطية التعريفات المتزايدة.
قالت فورد في بيان: “لدينا مخزون تجزئة يسمح لنا بذلك والعديد من الخيارات للعملاء الذين يحتاجون إلى مركبة”، مشيرة إلى “أوقات غير مؤكدة” و“تعقيدات اقتصاد متغير” كأسباب وراء هذه الخطوة.
الآن، بقيمة سوقية تبلغ 37.7 مليار دولار، تُتداول أسهم فورد، وفقًا للكتابة، عند 8.91 دولار، بانخفاض 4٪ فقط هذا العام حتى الآن. وبذلك، فإن ربح السهم (TTM) هو 1.46، ونسبة السعر إلى الأرباح (TTM) هي 6.51، والعائد على حقوق الملكية (TTM) هو 13.42٪. كما تدفع عائد توزيعات جذاب بنسبة 6.32٪.
F مخطط السعر
في الربع الأول من 2025، أبلغت فورد عن انخفاض بنسبة 1.3٪ في مبيعاتها الأمريكية إلى 501,291 وحدة، نتيجة إلغاء بعض الطرازات.
يأتي ذلك بعد أن فاقت فورد توقعات الربع الرابع من 2024، رغم أن الرئيس التنفيذي جيم فارلي توقع سنة أصعب أمام الشركة، لكن تم الوعد بتحسينات في التكاليف والجودة.
لهذا العام، تتوقع فورد أن تكون الأرباح المعدلة قبل الفوائد والضرائب (EBIT) بين 7 مليارات و8.5 مليارات دولار، وتدفق نقدي حر معدل بين 3.5 مليارات و4.5 مليارات دولار، مع افتراض “عقبات متعلقة بعوامل السوق.”
في عام 2024، كان إجمالي إيرادات الشركة 185 مليار دولار، وصافي الدخل 5.9 مليار دولار، أو 1.46 دولار ربحية للسهم، وتدفق نقدي حر معدل 6.7 مليار دولار.
تحقق فورد أيضًا تقدمًا كبيرًا في سوق السيارات الكهربائية، حيث بيعت حوالي 97,865 مركبة كهربائية بالكامل في 2024، بزيادة 35٪ على أساس سنوي. ارتفعت مبيعاتها الهجينة بنسبة 40٪ إلى 187,426 وحدة. في الربع الأول من 2025، بلغت مبيعاتها الكهربائية رقمًا قياسيًا قدره 73,623. قاد هذا النمو بنسبة 26٪ الهجائن، بارتفاع 33٪، والمركبات الكهربائية، بارتفاع 12٪. (TSLA )
الخلاصة
تعد البطاريات، المكون الحيوي للسيارات الكهربائية، قد شهدت تحسينًا كبيرًا. ومع ذلك، لا تزال تكنولوجيا البطاريات تواجه عدة تحديات، مثل التكاليف العالية، نقص إمدادات المواد، مدى القيادة المحدود، أوقات الشحن الطويلة، نقص البنية التحتية، مخاوف السلامة، وإعادة التدوير وإدارة النفايات بشكل صحيح.
تساعد الدراسة الأخيرة، بفضل طلاءها المستقر والقنوات الدقيقة، في حل الموازنة بين المدى وسرعة الشحن، حتى في درجات الحرارة المتجمدة.
من خلال تحسين سرعات الشحن بشكل كبير، تُظهر هذه الدراسة القدرة على إزالة أحد العوائق الرئيسية في اعتماد السيارات الكهربائية: القلق من المدى وأوقات الشحن الطويلة في الشتاء. يمكن أن يساعد ذلك في تسريع ليس فقط استخدام السيارات الكهربائية بل أيضًا الاتجاه الأوسع للتكهرب. ومع ذلك، سيتطلب تنفيذ العملية على نطاق واسع الحفاظ على الفعالية من حيث التكلفة والسلامة.
بشكل عام، مع سعي الصناعة نحو بطاريات أسرع وأكثر كفاءة وأمانًا، سيساعد الابتكار مثل هذا في تجاوز العقبات الأخيرة نحو التكهرب الكامل، مما يؤدي إلى مستقبل أكثر خضرة ونظافة.
انقر هنا للحصول على قائمة بأهم أسهم السيارات الكهربائية.
الدراسات المشار إليها:
1. تشو، ت. ه.، تشن، ي.، لياو، د. و.، كازياك، إ.، بنلي، د.، جانغيد، م. ك.، & داسغوبتا، ن. ب. (2025). تمكين الشحن السريع 6C لبطاريات الليثيوم أيون في درجات حرارة تحت الصفر عبر هندسة الواجهة والهياكل ثلاثية الأبعاد. مجلة Joule، نُشر على الإنترنت في 17 مارس 2025. https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.101881
2. تشن، ك.-ه.، نامكونغ، م. ج.، جول، ف.، يانغ، س.، كازيميابنافي، س.، مورتوزا، س. م.، كازياك، إ.، مازومدر، ج.، ثورنتون، ك.، ساكاموتو، ج.، & داسغوبتا، ن. ب. (2020). شحن سريع فعال لبطاريات الليثيوم أيون بفضل هياكل أنود جرافيت ثلاثية الأبعاد نمط الليزر. مجلة مصادر الطاقة، 471، 228475. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228475
