ماهي حرب البطاريات الكهربائية ؟ | حرب الابتكار | تقنية الشحن السريع

تقاتل اليابان وكوريا الجنوبية الصين من أجل مستقبل المركبات الكهربائية , تقود تويوتا دفعة “الحالة الصلبة” ، لكن بطاريات الجيل التالي لا تزال على بعد عقد من الزمان. شحن البطارية – شاحن بطارية السيارة – تقنية الشحن السريع – أهمية الابتكار – بطاريات الحالة الصلبة – ىشاحن سريع
هناك “حرب بطاريات” فعلية بين شركات السيارات، ولكن كانت هناك منافسة وتعاون شديدين في سوق السيارات الكهربائية (EV)، خاصة عندما يتعلق الأمر بتكنولوجيا البطاريات. تعد تكنولوجيا البطاريات جانبًا مهمًا من السيارات الكهربائية، لأنها تؤثر بشكل مباشر على مداها وأدائها وتكلفتها. كانت العديد من شركات صناعة السيارات الكبرى تستثمر بكثافة في تطوير تقنيات البطاريات الخاصة بها، وتشكيل شراكات مع الشركات المصنعة للبطاريات، والتنافس على تقديم سيارات كهربائية ذات نطاقات وأداء أفضل. و من بين اللاعبين الرئيسيين في سوق السيارات الكهربائية في تيسلا، ونيسان، وشفروليه، وبي إم دبليو، وفولكس فاجن، وغيرها. على سبيل المثال،لدى شركة تسلا مصانع جيجا للبطاريات الخاصة بها، وكانت تعمل على ابتكارات في كيمياء البطاريات وعمليات التصنيع. بالإضافة إلى ذلك،العديد من صانعي السيارات يتعاونون مع شركات تصنيع البطاريات أو يستثمرون فيها لتأمين إمدادات موثوقة من البطاريات لسياراتهم الكهربائية.

حرب البطاريات الكهربائية

هويتشو ، الصين – الساعة الخامسة مساءً. في أحد أيام الأسبوع في هويتشو ، المدينة المرصعة بالبحيرات في مقاطعة قوانغدونغ الصينية ، يتدفق العمال من مصنع BYD للتصنيع وهم يشعرون بالضجر بعد يوم عمل. يتوجه الكثيرون مباشرة إلى أكشاك الطعام المزدحمة التي تصطف أمام المصنع لتناول المعكرونة والمشروبات بعد العمل. إن عبء العمل الثقيل في مصنع هويتشو التابع لشركة BYD هو مجرد مؤشر واحد للطلب المتزايد على المنتج المبني هناك: بطاريات السيارات الكهربائية. BYD هي واحدة من أكبر منتجي بطاريات السيارات الكهربائية في العالم ، وتسابق الشركة لتحقيق هدف طموح يتمثل في زيادة قدرتها على تصنيع البطاريات إلى 60 جيجاواط / ساعة بحلول عام 2020 – أي ما يعادل نصف إجمالي الصين في عام 2017.#اقتصاد_الكوكب

تأسست BYD في عام 1995 ، وشعارها “ابن أحلامك” ، وهي أكبر شركة صينية لتصنيع السيارات التي تعمل بالوقود البديل. في الغرب ، اشتهرت الشركة بمكانتها في محفظة أسهم وارن بافيت. لكن في الصين ، تعد واحدة من الشركات الرائدة في حملة وطنية للسيطرة على مستقبل صناعة السيارات. وضع صناع السياسة الصينيون رهانًا كبيرًا على أن السيارات الكهربائية ستعطل بشكل أساسي صناعة السيارات التي يبلغ عمرها 130 عامًا ، وأنفقت بكين عشرات المليارات من الدولارات لضمان ظهور البلاد كزعيم عالمي بلا منازع. 
وفقًا لتوقعات بلومبرج نيو إنيرجي فاينانس ، ستنتج الصين 70٪ من بطاريات السيارات الكهربائية في العالم بحلول عام 2021. والمكافآت المحتملة ضخمة: يقدر بنك جولدمان ساكس أن مبيعات البطاريات لتشغيل السيارات سترتفع من أقل من 10 مليارات دولار إلى 60 مليار دولار بحلول 2030 ، مدفوعة بدفعة عالمية للحد من غازات الاحتباس الحراري. تعد الصين بالفعل أكبر سوق في العالم للسيارات الكهربائية ، وقد أدت قفزتها إلى قمة تصنيع بطاريات السيارات الكهربائية إلى إحداث موجات من الصدمة للمنافسين في جميع أنحاء العالم. الشركات اليابانية والكورية الجنوبية التي أخذت زمام المبادرة في تطوير تكنولوجيا بطاريات السيارات الكهربائية تتدافع لزيادة الإنتاج. يحاول الأوروبيون في وقت متأخر الدخول إلى اللعبة ، حيث أطلقوا تحالف البطاريات الأوروبي العام الماضي فقط. ويحذر محللو الصناعة من أن هيمنة الصين على أعمال بطاريات السيارات الكهربائية يمكن أن تضع شركات صناعة السيارات في وضع غير مؤات لأنها تسعى إلى موطئ قدم في سوق السيارات الكهربائية الذي لا يزال ناشئًا. إن “الوضع الذي يهيمن فيه مصنعو البطاريات الصينيون على السوق ليس جيدًا لشركات صناعة السيارات من اليابان والولايات المتحدة وأوروبا وكوريا الجنوبية”. “بشكل عام ، هناك خطر إذا اعتمدت شركات صناعة السيارات بشكل كبير على أي سوق واحدة لشراء المكونات.”
بالنسبة لبعض مراقبي الصناعة ، يبدو أن ما يحدث في سوق بطاريات السيارات الكهربائية هو إعادة استخدام الصين لإخراج المنافسين الأجانب من أسواق الألواح الشمسية ومنتجات تكنولوجيا المعلومات الاستهلاكية. ليس هناك شك في أن النمو السريع لشركات تصنيع البطاريات الصينية مثل BYD و CATL كان مدعومًا بدعم السياسات القوي من الحكومة. أبقت بكين السوق الصينية مغلقة أمام الشركات الأجنبية بينما كانت تروج للسيارات الكهربائية بدعم كبير من الدولة للمشترين.

حرب الابتكار

شاحن سريع- كان صانعو السيارات اليابانيون في وقت مبكر في حفلة السيارات الكهربائية ، حيث أقاموا مشاريع مشتركة لتصنيع بطاريات الليثيوم أيون مع شركات الإلكترونيات المحلية. اقترنت تويوتا بباناسونيك ، في حين أنشأت نيسان موتور مشروعًا مشتركًا مع شركة إن إي سي أطلق عليه اسم شركة أوتوموتيف إنيرجي سبلاي كورب أو AESC.حاولت الشركات اليابانية السيطرة على حصص كبيرة من سوق السيارات الكهربائية من خلال الاستخدام الحصري لتكنولوجيا البطاريات المحلية المتطورة. لكن ميزتهم المبكرة تآكلت وسط منافسة شرسة ، أولاً من المنافسين الكوريين الجنوبيين ، ثم الصينيين الناشئين لاحقًا.

نيسان وتويوتا وحرب الابتكار

أصبحت نيسان رائدة في سوق السيارات الكهربائية العالمية في عام 2010 من خلال إطلاق Leaf ، السيارة الكهربائية الأكثر مبيعًا في العالم على الإطلاق. مع دخول منافسين جدد إلى السوق ، وجدت شركة AESC نفسها في نهاية خاسرة لحرب أسعار واضطرت نيسان لبيع مشروع البطاريات لشركة صينية للطاقة المتجددة. تحاول الشركات اليابانية الآن الخروج أمام منافسيها مرة أخرى ، حيث تقود تويوتا الأبحاث حول ما يسمى بتكنولوجيا بطاريات الحالة الصلبة. تخطط تويوتا لإنفاق 1.5 تريليون ين (13.2 مليار دولار) بحلول عام 2030 على برامج البحث والتطوير لبطاريات الجيل التالي ، بما في ذلك بطاريات الحالة الصلبة.
تقود تويوتا أيضًا مشروعًا وطنيًا بقيمة 10 مليارات ين أطلقته منظمة الطاقة الجديدة وتنمية التكنولوجيا الصناعية لتطوير التقنيات الأساسية لبطاريات الحالة الصلبة. مع مشاركة 23 جهة تصنيع – بما في ذلك باناسونيك ونيسان وهوندا موتور – من المقرر أن يتسارع مشروع التطوير “كل اليابان” تحت قيادة تويوتا.

تقنية البطارية الجديدة

تتيح تقنية البطارية الجديدة شحن السيارات الكهربائية بنسبة تصل إلى 90٪ في 6 دقائق فقط تكنولوجيا بطاريات الطاقة , ليثيوم أيون , الفيزياء الجزيئية , تكنولوجيا النانو جامعة بوهانج للعلوم والتكنولوجيا.

مفهوم تقنية شحن البطارية السريع

مع وجود شركة Telsa في المقدمة ، ينمو سوق السيارات الكهربائية حول العالم. على عكس السيارات التقليدية التي تستخدم محركات الاحتراق الداخلي ، فإن السيارات الكهربائية تعمل فقط ببطاريات ليثيوم أيون ، لذا فإن أداء البطارية يحدد أداء السيارة الإجمالي. ومع ذلك ، لا تزال أوقات الشحن البطيئة والطاقة الضعيفة حواجز يجب التغلب عليها. في ضوء ذلك ، طور فريق أبحاث مؤخرًا مادة بطارية شحن أسرع وعمرًا أطول للسيارات الكهربائية. أثبت الفريق البحثي من قسم علوم وهندسة المواد والبروفيسور وون ساب يون في قسم علوم الطاقة معًا لأول مرة أنه عند الشحن والتفريغ – مواد قطب البطارية ، يمكن إنتاج طاقة عالية عن طريق تقليل وقت الشحن والتفريغ بشكل كبير دون تقليل حجم الجسيمات. نُشرت نتائج هذه الأبحاث في العدد الأخير من مجلة علوم الطاقة البيئية ، وهي مجلة دولية رائدة في مجال مواد الطاقة. لشحن وتفريغ بطاريات Li-ion بسرعة ، تم استخدام الطرق التي تقلل حجم الجسيمات من مواد القطب حتى الآن. ومع ذلك ، فإن تقليل حجم الجسيمات له عيب يتمثل في تقليل كثافة الطاقة الحجمية للبطاريات.

الشحن والتفريغ في البطاريات

لهذا ، أكد فريق البحث أنه إذا تم تشكيل مرحلة وسيطة في انتقال الطور أثناء الشحن والتفريغ ، يمكن توليد طاقة عالية دون فقدان كثافة الطاقة العالية أو تقليل حجم الجسيمات من خلال الشحن والتفريغ السريع ، مما يتيح تطوير بطاريات Li-ion طويلة الأمد. في حالة مواد فصل الطور التي تخضع لعملية إنشاء وتنمية مراحل جديدة أثناء الشحن والتفريغ ، توجد مرحلتان بأحجام مختلفة داخل جسيم واحد ، مما يؤدي إلى العديد من العيوب الهيكلية في واجهة المرحلتين. تمنع هذه العيوب النمو السريع لمرحلة جديدة داخل الجسيم ، مما يعيق الشحن والتفريغ السريع.

طريقة التوليف للبطاريات

باستخدام طريقة التوليف التي طورها فريق البحث ، يمكن للمرء أن يحفز مرحلة وسيطة تعمل كمخزن هيكلي يمكن أن يقلل بشكل كبير من التغيير في الحجم بين المرحلتين في الجسيم. بالإضافة إلى ذلك ، تم التأكيد على أن هذه المرحلة المتوسطة من التخزين المؤقت يمكن أن تساعد في إنشاء وتنمية مرحلة جديدة داخل الجسيم ، وتحسين سرعة إدخال وإزالة الليثيوم في الجسيم. وقد أثبت هذا بدوره أن تكوين الطور الوسيط يمكن أن يزيد بشكل كبير من سرعة الشحن والتفريغ للخلية عن طريق خلق تفاعل كهروكيميائي متجانس في القطب حيث تتكون العديد من الجسيمات. ونتيجة لذلك ، فإن أقطاب بطارية Li-ion التي صنعها فريق البحث تشحن ما يصل إلى 90٪ في ست دقائق وتفريغ 54٪ في 18 ثانية ، وهي علامة واعدة لتطوير بطاريات Li-ion عالية الطاقة.

المرحلة الانتقالية للبطاريات

يقول البروفيسور بيونغوو كانغ ، المؤلف للورقة البحثية: “لطالما كان النهج التقليدي بمثابة مقايضة بين كثافة الطاقة المنخفضة وسرعة الشحن والتفريغ السريع بسبب انخفاض حجم الجسيمات”. وأوضح قائلاً: “لقد وضع هذا البحث الأساس لتطوير بطاريات Li-ion التي يمكنها تحقيق سرعة شحن وتفريغ سريع ، وكثافة طاقة عالية ، وأداء طويل الأمد.” تم إجراء البحث بدعم من برنامج الباحثين وبرنامج تطوير تكنولوجيا الإشعاع التابع لمؤسسة الأبحاث الوطنية في كوريا.
عملية يتم فيها إدخال الليثيوم وإخراجه أثناء الشحن والتفريغ وتتحول المرحلة الحالية للمادة إلى مرحلة جديدة.