بطاريات الصوديوم أيون في تزايد، لكن بطاريات الليثيوم أيون قد تبقى بسبب الإنديوم

إحياء الليثيوم أيون؟

A recent discovery by researchers at Cornell University might bring lithium-ion technology back into the race for perfect battery technology. They have found that using an indium anode material would allow for extremely quick charging of lithium-ion batteries.

اكتشاف حديث للباحثين في Cornell University قد يعيد تقنية الليثيوم أيون إلى السباق من أجل تقنية بطارية مثالية. لقد وجدوا أن استخدام مادة أنود من الإنديوم سيسمح بشحن سريع للغاية لبطاريات الليثيوم أيون.

حتى الآن، هيمنت بطاريات الليثيوم أيون على تصميم البطاريات للأجهزة الإلكترونية الصغيرة والنماذج الأولى من السيارات الكهربائية. ومع ذلك، أدت بعض قيود التقنية إلى بحث الصناعة عن بدائل، بما في ذلك بطاريات الصوديوم أيون أو البطاريات الصلبة. باستخدام الإنديوم، سيتم إزالة مشكلة رئيسية في تبني السيارات الكهربائية على نطاق واسع – القلق من النطاق – حيث إن معظم مستخدمي السيارات الكهربائية يقلقون من نفاد البطارية قبل الوصول إلى محطة شحن. لذا، يميلون إلى البحث عن حزمة بطارية قوية جدًا، مما يزيد من وزن السيارة وتكلفتها.

مشكلة أخرى هي الوقت الذي يستغرقه شحن البطارية. يمكن أن يكون هذا مصدر قلق كبير للسفر لمسافات طويلة أو للتطبيقات التجارية. كما أنه يقلل من توفر محطات الشحن، حيث يستغرق كل “خزان كامل” وقتًا ويجعل شاحن السيارة غير متاح.

So, a quicker-to-charge lithium-ion battery technology could help reduce the cost of EVs, alleviate range anxiety, and improve the capabilities of the charging network.

بطاريات الإنديوم إلى الإنقاذ؟

The research was conducted by Lynden A. Archer’s team at Cornell’s Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering, with the lead author Shuo Jin, a chemical and biomolecular engineering doctoral student.

في منشورهم “Fast-charge, long-duration storage in lithium batteries” يشرحون نهجهم. ركزوا على حركية (سرعة) التفاعلات الكهروكيميائية، وبشكل خاص “رقم دامكولر”. من خلال النظر إلى معدلات النقل في الحالة الصلبة، وجدوا أن الإنديوم كان مرشحًا جيدًا جدًا للبطاريات سريعة الشحن. حاليًا، يُستخدم الإنديوم في الغالب في شاشات LCD وتطبيقات تقنية عالية أخرى مثل الخلايا الضوئية، والتبريد الفائق، وعصا التحكم في المفاعلات النووية.

Indium is a good metal for use in anodes because of its rapid diffusion and slow surface reaction kinetics, which translate into fast charging for the battery.

الإنديوم خطوة أولى نحو بطاريات مصممة بالذكاء الاصطناعي؟

Indium anodes could allow to reduce range anxiety, which in turn would reduce the need for very large and heavy battery packs. However, indium itself is a very heavy and dense metal.

This is why Pr Archer also considers his team’s discovery about indium as a starting point.

هناك فرصة لنمذجة الكيمياء الحاسوبية، ربما باستخدام أدوات الذكاء الاصطناعي التوليدية، لتعلم ما هي المواد الخفيفة الأخرى التي قد تحقق نفس أرقام دامكولر المنخفضة بطبيعتها.

على سبيل المثال، هل هناك سبائك معدنية لم ندرسها من قبل، وتتمتع بالخصائص المطلوبة؟

Leveraging AI advancements to find new battery materials is a realistic idea, as has been shown by PNNL (المختبر الوطني الشمالي الغربي للمحيط الهادئ) researchers. In our article “Changing the Timeline for Discoveries through Use of Artificial Intelligence (AI)”, we discussed how they used several predictive chemistry AIs to فحص 32 مليون فكرة في أقل من 80 ساعة, leading to the discovery of a new battery electrolyte.

لذا ربما يمكن استخدام التقنية نفسها، مع التركيز على رقم دامكولر للعثور على مواد تؤدي كما الإنديوم، ولكن بأقل وزن.

مخزون دورة حياة البطاريات

1. Arcadium Lithium (الاندماج بين Allkem + Livent)

Arcadium هو نتيجة الاندماج المتساوي بين رواد تعدين الليثيوم Allkem و Livent، مما يجعلها ثالث أكبر منتج لليثيوم في العالم. يخلق الاندماج شركة حاضرة في جميع مراحل إنتاج ومعالجة الليثيوم.

إنتاج الشركة يقع في الغالب في الأرجنتين، في مثلث الليثيوم (تشيلي، الأرجنتين، بوليفيا) على شكل أملاح، مع بعض الليثيوم الصخري الصلب في كندا وأستراليا.

المصدر: Arcadium

الليثيوم سلعة عانت مؤخرًا من انخفاض الأسعار، حيث أن صانعي السيارات الرئيسيين مثل فورد أو جنرال موتورز أبطأوا خططهم للسيارات الكهربائية. في الوقت نفسه، يُتهم صانعو السيارات الكهربائية الصينيون مثل BYD بفيض الأسواق الأجنبية بسيارات كهربائية منخفضة التكلفة، مما قد يثير موجة جديدة من تبني السيارات الكهربائية في السنوات القادمة. على سبيل المثال، سيارة BYD Seagull التي تبلغ قيمتها 10,000 يورو تصل إلى أوروبا هذا العام.

لذا، قد لا تستمر ضعف الأسعار الحالي في الليثيوم إلى الأبد.

2. CATL

CATL هي الرائدة عالميًا في تصنيع البطاريات، حيث تنتج أكثر من نصف حجم البطاريات العالمي. الشركة حاضرة في كل خطوة من سلسلة إمداد تصنيع البطاريات وتعد رائدة في تكنولوجيا البطاريات.

This is true for lithium-ion batteries, where the company is a long-time established leader. CATL has also announced impressive progress on multiple other battery types :

• بطارية ذات عمر فائق 12,000 دورة لتخزين الطاقة على نطاق المرافق، مع هدف 18,000 دورة على المدى الطويل.
• بطارية LFP (فوسفات الحديد الليثيوم) بمدى 700 كم تشحن 400 كم من النطاق في 10 دقائق.
• بطارية 500 واط·ساعة/كغ، قد تمكّن من كهربائية الطائرات الركاب
• الإنتاج الضخم لـ 160 واط·ساعة/كغ بطاريات الصوديوم أيون، مع هدف لـ 200 واط·ساعة/كغ.

المصدر: CATL

استثمرت CATL أيضًا €3.25 مليار يورو في قدرات إعادة تدوير البطاريات في الصين. حققت CATL بشكل ملحوظ معدل استرداد رائع 99.6٪ للنيكل والكوبالت والمنغنيز، و91٪ للليثيوم.

بفضل حجمها وتركيزها وإنجازات البحث والتطوير، من المرجح أن تكون CATL في طليعة الابتكار في مجال البطاريات، والتصنيع، وإعادة التدوير. وهذا يجعلها شريكًا رئيسيًا لمصنعي السيارات الكهربائية، بما في ذلك تسلا، NIO، فورد، Stellantis، وغيرها.

3. BYD

متحدي طويل الأمد لتسلا في سوق السيارات الكهربائية، أصبحت BYD منافسًا جادًا ليس فقط لتسلا بل لجميع صانعي السيارات تقريبًا.

تطورت الشركة من أصلها كمورد لبطاريات الهواتف لتبيع تقريبًا عددًا مماثلًا من السيارات الكهربائية لتسلا في الصين (أكبر سوق للسيارات الكهربائية في العالم) وتكون 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 في عام 2023، متجاوزة اليابان. كما أن التوسع العدواني للشركة في الخارج يُدعم بمصانع جديدة، مثل المجر. ومع إطلاق سيارات تتراوح أسعارها بين 10,000 و12,000 دولار مثل Seagull، قد يفتح سوق جديد تمامًا لسيارات BYD الكهربائية.

المصدر: By User3204 – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=142412738

ما زالت BYD في جوهرها شركة تصنيع بطاريات، وتُعد منافسًا جادًا لـ CATL في سوق بطاريات LFP، بحصة 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 مستوىً من الحمائية، مما قد يعيق نمو BYD. ولكن في الوقت نفسه، تُعد السيارات الكهربائية الصينية الرخيصة نجاحًا كبيرًا في بقية العالم، حيث لا توجد شركات محلية قوية لحمايتها، بما في ذلك كامل أمريكا الجنوبية، روسيا، أفريقيا، الشرق الأوسط، وجنوب شرق آسيا.

يمثل هذا عدة مليارات من العملاء المحتملين لـ BYD، يعيشون في دول حريصة على تحقيق توازن جيوسياسي والبقاء على علاقات جيدة مع كل من الغرب والصين، لذا من غير المرجح أن تُنشئ حواجز حمائية قوية.