يبدو أن الجرافين سيُحدث تغييرًا جذريًا في سوق بطاريات السيارات الكهربائية (EV) بحلول منتصف ثلاثينيات القرن الحالي، وفقًا لمنصة تحليل الذكاء الاصطناعي الجديدة (AI) التي تتنبأ بالاختراقات التكنولوجية بناءً على بيانات براءات الاختراع العالمية.
مع تزايد وتيرة التحول العالمي نحو نظام النقل المكهرب، أصبح البحث عن بطارية السيارة الكهربائية المثالية - التي توفر التوازن المثالي بين التكلفة وكثافة الطاقة والسلامة والاستدامة البيئية - أكثر بروزًا من أي وقت مضى. هناك حوالي اثنتي عشرة شركة كيميائية للبطاريات تتنافس على السيطرة على السوق؛ أيهما سيخرج منتصرا هو السؤال الحقيقي الذي تبلغ قيمته تريليون دولار. على المدى القريب على الأقل، من المرجح أن تحافظ البطاريات التقليدية المعتمدة على الليثيوم على قبضتها على السوق، حيث توفر البطاريات المعتمدة على الصوديوم بديلاً رخيصًا وصديقًا للبيئة لبعض التطبيقات، وفقًا لبحث جديد أجرته شركة Focus، وهي منصة تحليل تعمل بالذكاء الاصطناعي. يتنبأ بالاختراقات التكنولوجية بناءً على بيانات براءات الاختراع العالمية. ومع ذلك، فمن المرجح أن تؤدي بطاريات الجرافين والأيونات المزدوجة الناشئة إلى إحداث تغيير جذري في السوق يومًا ما.
ويشير البحث إلى أن بطاريات الجرافين على وجه الخصوص ستظهر في أوائل ومنتصف ثلاثينيات القرن الحالي لتحدي نظيراتها من الليثيوم في تاج السيارات الكهربائية، حيث ينخفض سعر إنتاج الجرافين بشكل حاد. لا يعد هذا التطور بتحسين أداء المركبات الكهربائية بشكل كبير فحسب، بل يقدم أيضًا نعمة لكفاءة الطاقة وأهداف خفض الكربون. يقول جارد فان إنجن، الرئيس التنفيذي والمؤسس المشارك لشركة Focus: "إذا كانت هناك تقنية واحدة للبطاريات يجب مراقبتها، فهي الجرافين".
الشباب المتظاهرون
يقوم موقع Focus بتحليل الوضع الحالي لكيمياء بطاريات السيارات الكهربائية والتنبؤات التي يبدو أنها ستهيمن عليها في السنوات المقبلة. باستخدام نهج مستوحى من الأبحاث التي أجراها معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، تعالج منصة Focus كميات كبيرة من بيانات البراءات العالمية في الوقت الفعلي باستخدام ثلاثة أنواع من الذكاء الاصطناعي: تقوم النماذج اللغوية الكبيرة بإجراء بحث مستمر في أرشيفات بيانات البراءات العالمية لاستكشاف التكنولوجيا وتسجيلها ومقارناتها ; يوفر البحث المتجه معلومات في الوقت الفعلي عن المشهد العالمي للابتكار والتكنولوجيا؛ ويقدم الانحدار متعدد المتغيرات تحليلات تنبؤية من خلال تحديد العلاقات بين البيانات والنتائج الواقعية. يقوم Focus بحساب "مستويات الاستعداد التكنولوجي" لمدى نضج تقنيات البطاريات و"معدل تحسين التكنولوجيا" لقياس الزيادة في الأداء لكل دولار سنويًا لكيمياء البطاريات المختلفة.
يقول كاسبر جورسكي، رئيس العمليات في شركة Focus: "في جوهر الأمر، بالنسبة للمركبات الكهربائية، يتعلق الأمر كله بإيجاد تلك النقطة المثالية بين كثافة الطاقة والسلامة والتكلفة والاستدامة". "تجلب كل من هذه الكيمياء شيئًا فريدًا إلى الطاولة، وسيشكل تطويرها مستقبل التنقل الكهربائي. لكن السؤال الرئيسي هو: ما هي تلك التي تتقدم بسرعة بالفعل وأيها يتم المبالغة في الترويج لها؟
وجدت شركة فوكس أن جميع تقنيات البطاريات المعتمدة على الليثيوم تتحسن بسرعات مماثلة. وتشهد الكيمياء السائدة حالياً، وهي الليثيوم والنيكل والمنغنيز والكوبالت والليثيوم والحديد والفوسفات، تحسناً على أساس سنوي بمعدلات 30% و36% على التوالي. تتحسن بطاريات الليثيوم والكبريت بنسبة 30% على أساس سنوي وأنودات السيليكون بنسبة 32%، مما يعني أنه من غير المرجح أن يحدث هذا الزوج تغييرًا في السوق - تتمتع التقنيات الثورية حقًا بسرعات تحسن أعلى بشكل ملحوظ ومستمر من منافسيها. وبالمثل، على الرغم من أن الكثير قد كتب عن إمكانات بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة، وجدت فوكس أن التكنولوجيا تتحسن فقط بمعدل 31٪ على أساس سنوي، مما يعني أنها أيضًا من غير المرجح أن تعطل الشركات القائمة.
وينطبق الشيء نفسه على بطاريات الصوديوم عالية الجودة، والتي تتمتع بمعدل تحسن يبلغ 33%، مما يضعها ضمن خطأ القياس مقارنة ببطاريات الليثيوم والحديد والفوسفات. يوضح فان إنجن أن بطاريات الصوديوم تتمتع بكثافة طاقة متواضعة نسبيًا، مما يحد من المسافة التي يمكن أن توفرها للمركبات الكهربائية دون إضافة الكثير من الوزن إلى السيارة. ومع ذلك، فإنها ستكون منطقية بالنسبة للتخزين الثابت، حيث لا يكون الوزن عاملاً مقيدًا. ويقول: "لذا، إذا كان كل ما تحتاجه هو بطاريات رخيصة نسبيًا لمتطلبات الشبكة، فإن بطاريات الصوديوم منطقية جدًا". "يمكنهم أيضًا العمل مع المركبات الكهربائية المنخفضة الجودة - وهي مركبات رخيصة جدًا وذات إنتاج كبير الحجم ومصممة للمسافات القصيرة. إنها تقنية سريعة التحسن نسبياً، ولن تؤدي إلى إحداث تغيير كامل في السوق”.
إنها بعض كيمياء البطاريات الناشئة التي تولد أكبر قدر من الإثارة. تتحسن بطاريات المغنيسيوم والكبريت بمعدل 24.4% على أساس سنوي، وبطاريات أيونات المغنيسيوم بنسبة 26%، وبطاريات الأسلاك النانوية بنسبة 35%، وبطاريات أيونات البوتاسيوم بنسبة 36%. ومع ذلك، فإن كل هذه الأمور تتضاءل بالمقارنة مع بطاريات الجرافين، التي تتحسن بنسبة هائلة تبلغ 48.8% على أساس سنوي، أو البطاريات ثنائية الأيونات، التي تتميز بمعدل تحسن قدره 48.5% على أساس سنوي. يقول فان إنجن: "نظرًا لأن سرعات التحسن في بطاريات الجرافين والبطاريات ثنائية الأيونات أعلى بشكل ملحوظ ومستمر من كيميائيات البطاريات الأخرى، فيمكن اعتبارها مدمرة".
ومع ذلك، في المواجهة بين الكيميائيتين، يعتقد فوكس أن بطاريات الجرافين تمتلك إمكانات أعلى، حيث أن البحث أكثر تطوراً والعنصر أكثر انتشارًا. توفر هذه التقنية خطوة كبيرة لتحسين أداء المركبات الكهربائية، حيث تعد بكثافة طاقة عالية، وزيادة في عمر الدورة (عدد دورات الشحن والتفريغ التي يمكن للبطارية إكمالها قبل فقدان الأداء) والشحن السريع. الجانب السلبي الرئيسي لها في الوقت الحاضر هو تكلفتها الباهظة، مدفوعة بالسعر الباهظ لإنتاج الجرافين.
يقول فان إنجن: "إن الجرافين مادة أساسية مشتقة من أي مصدر للكربون". "إن المادة الأساسية وفيرة حقًا، وهي منتشرة في كل مكان، ولكن طريقة تحويلها إلى جرافين هي القيود. إن طرق الإنتاج الحالية مكلفة للغاية."
بطاريات الجرافين، المعطل الحقيقي
لكي تتمكن بطاريات الجرافين من إحداث تغيير جذري في سوق السيارات الكهربائية، يجب أن تنخفض تكلفة إنتاج الجرافين بشكل كبير. يتم إنتاج الجرافين حاليًا بحوالي 200,000 ألف دولار للطن، أو 200 دولار للكيلوجرام الواحد. من الصعب التنبؤ بمدى تكلفة الإنتاج قبل أن يبدأ المصنعون في استخدامه في بطارياتهم، لكن شركة فوكس تعتقد أن هذا سيحدث عندما يصبح الجرافين مشابهًا للليثيوم.
تبلغ تكلفة إنتاج كربونات الليثيوم حاليًا حوالي 16 دولارًا للكيلوجرام، ويعتقد المحللون أنها قد تنخفض بنسبة 30% أخرى إلى 11 دولارًا للكيلوجرام في عام 2024. وتقدر طريقة التنبؤ الخاصة بشركة Focus سرعة تحسن إنتاج الجرافين بنسبة 36.5% على أساس سنوي. لذلك، بافتراض أن السعر الحالي يبلغ 200 دولار للكيلوجرام والسعر المستهدف 11 دولارًا للكيلوجرام، تتوقع شركة Focus أن يصبح إنتاج الجرافين رخيصًا بما يكفي لتشق طريقها إلى كيمياء البطاريات بحلول عام 2031 تقريبًا.
وفقًا لشركة Focus، هناك حوالي 300 منظمة تعمل حاليًا على تكنولوجيا بطاريات الجرافين. من بين أفضل عشر شركات في وضع أفضل لإحداث تغيير جذري في سوق البطاريات باستخدام الجرافين، صنفت شركة Focus مجموعة Global Graphene Group على أنها الشركة الرائدة. أعلنت شركة Honeycomb Battery Company التابعة لها مؤخرًا عن صفقة دمج تاريخية مع Nubia Brand International تهدف إلى تعزيز قدرات التصنيع والبحث الخاصة بشركة Honeycomb، مع التركيز بشكل أساسي على تكنولوجيا البطاريات المتقدمة للمركبات الكهربائية.
وبالمثل، حققت StoreDot، الشركة الناشئة الوحيدة ضمن المراكز العشرة الأولى، تقدمًا مثيرًا للإعجاب في عام 2023. ومن المقرر أن تبدأ الشركة الإنتاج الضخم لخلايا البطاريات "100in5" الخاصة بها في عام 2024. وقد تم تصميم هذه الخلايا لتوفير نطاق يصل إلى 100 ميل على الأقل. مع خمس دقائق فقط من الشحن. أبرمت StoreDot اتفاقيات استراتيجية مع شركات مثل فولفو للسيارات (جيلي)، وVinFast، وFlex|N|Gate. وفي أوائل عام 2024، تعاونت مع شركة Polestar التابعة لشركة فولفو للسيارات في أول عرض توضيحي لشحن السيارات الكهربائية في العالم مدته عشر دقائق. وقد تم التحقق من جودة بطاريته بعد اختبارها من قبل 15 مصنعًا عالميًا رائدًا، ولم تظهر أي تدهور حتى بعد 1,000 دورة متتالية من "الشحن السريع للغاية".
من ناحية أخرى، تم تحديد شركة Toray Industries بواسطة Focus باعتبارها أسرع لاعب تكراري (أدنى وقت للدورة). حققت الشركة تقدمًا كبيرًا في أبحاث بطاريات الجرافين، حيث قامت بتطوير حل تشتيت الجرافين فائق الرقة مع سيولة ممتازة وموصلية كهربائية وحرارية - وهو مفيد بشكل خاص لتطبيقات مثل مواد البطاريات والأسلاك. وبالتالي فإن توراي قادر على إنتاج جرافين رفيع جدًا وعالي الجودة من مواد جرافيت رخيصة الثمن. وتزعم شركة توراي أن هذه التقنية توفر عمرًا أفضل للبطارية بنسبة 50٪ مقارنة بأنابيب الكربون النانوية التقليدية المستخدمة كعوامل موصلة.
ويخلص فان إنجن إلى أنه "بالنظر إلى المستقبل، فإن أكبر عنق الزجاجة الآن بالنسبة لبطاريات الجرافين هو إيجاد طريقة إنتاج يمكنها فعل ذلك على نطاق واسع". لا يزال هذا المجال تهيمن عليه الأبحاث في الغالب، لكن هذا سيدفع به إلى العالم الحقيقي خلال العقد المقبل، وفقًا لفوكس.
مصدر من سيارة فقط
إخلاء المسؤولية: المعلومات المذكورة أعلاه مقدمة من just-auto.com بشكل مستقل عن Chovm.com. لا تقدم Chovm.com أي تعهدات أو ضمانات فيما يتعلق بجودة وموثوقية البائع والمنتجات.
