المصنعون يتنافسون لحل لغز بطاريات الحالة الصلبة

لندن - تسعى فولكسفاغن، التي واجهت مساعيها لتطوير بطارية سيارة كهربائية “ذات حالة صلبة” مع شركة كوانتوم سكيب الأميركية الناشئة، إلى توسيع نطاق جهودها سعيا وراء التكنولوجيا التي قد تغير قواعد اللعبة.

وحتى تحقق هدفها تبحث الشركة الألمانية العملاقة الاستفادة من تقنيات شركة بلو سوليوشنز الفرنسية، التي تزود بالفعل حافلات دايملر الكهربائية بطاريات الحالة الصلبة، وحول تكييف التصميم مع السيارات الخضراء.

ويشير تحرك فولكسفاغن لتوسيع خياراتها إلى مجموعة من العقبات التي تعيق التطوير الأوسع لتقنية الحالة الصلبة، التي ينظر إليها مؤيدوها على أنها محدد لبطاريات السيارات الكهربائية، مما يَعِد بنطاقات قيادة أطول وأوقات شحن أقصر من البطاريات التقليدية.

ويحتل تطوير البطاريات موقعا متقدما في صدارة السباقات التقنية المستقبلية، بسبب دورها المحوري في خفض الانبعاثات الضارة بالبيئة وتقليص استهلاك الوقود الأحفوري، إضافة إلى ارتباطها بجميع الحلقات التكنولوجية الأخرى.

وبرز سباق محموم بين فولكسفاغن وتويوتا وبي.أم.دبليو وغيرها من شركات صناعة السيارات العالمية في الفترة الأخيرة بشأن جعل تكنولوجيا الحالة الصلبة أمرا عمليا، رغم عقود من البحث ومليارات الدولارات من الاستثمارات.

وقال روري ماكنولتي من شركة بنشمارك مينيرال إنتليجنس الاستشارية “لم يتم الوفاء بالكثير من الوعود حتى الآن من قبل شركات صناعة السيارات والمستثمرين”.

وأضاف “هناك الكثير من البيانات والتكنولوجيا الجيدة التي تم التحقق منها، ولكن هل يمكنهم (المصنعون) القيام بذلك بشكل موثوق وعلى نطاق واسع؟”.

وتواجه بلو سوليوشنز تحديات قاسية لخفض وقت الشحن البالغ أربع ساعات الذي تتطلبه بطارياتها الحالية بشكل جذري، وهو أمر ممكن بالنسبة للحافلات المتوقفة طوال الليل في المستودعات.

وقال المتحدث باسم الشركة لرويترز، إن بلو تعمل على بطارية سيارة ركاب يمكن شحنها لمدة 20 دقيقة، وتهدف إلى بناء “مصنع عملاق” لها بحلول عام 2029.

وأدى افتقار هذا القطاع إلى النجاح التجاري إلى إضعاف حماسة السوق، فقد انخفض حجم نشاط صفقات رأس المال الاستثماري العالمي في شركات البطاريات الصلبة بنسبة 72 في المئة العام الماضي ليصل إلى 146 مليون دولار، وفقا لبيانات من شركة بيتشبوك.

وقال جيف بيترز، شريك في شركة إبكس أنفيستورز، “لقد تضاءل اهتمام المستثمرين ببطاريات الحالة الصلبة. إنهم يتساءلون عما إذا كانت مخاطر الحالة الصلبة تستحق العناء”.

وتتصور الحالة الصلبة بشكل مثالي استبدال الإلكتروليت السائل الذي تمر من خلاله الشحنة الكهربائية في بطاريات الليثيوم أيون ببديل صلب، وبالتالي تقليل خطر الحريق وتقليص حجم حزم البطاريات، واستخدام معدن الليثيوم كطرفه السالب لتعزيز الأداء.

ومع ذلك، فإن قياس التركيبة الصحيحة من المواد الكيميائية والمواد بدقة، بحيث لا تتفاعل بشكل سلبي مع بعضها البعض هو بمثابة حقل ألغام.

ويعد مشروع كوانتوم مع أكبر مساهميها فولكسفاغن، والذي استثمر 300 مليون دولار في الشركة الناشئة، مثالا على كيفية فشل تكنولوجيا الحالة الصلبة في الوفاء بوعدها الأولي.

وتنص اتفاقية التطوير الموقعة في عام 2018، على تشغيل سيارات فولكسفاغن الكهربائية ذات الحالة الصلبة بحلول 2025، مما يمكّن سيارة إي-غولف من مضاعفة مداها إلى 750 كيلومترا.

وعندما تم طرح كوانتوم لاحقًا للاكتتاب العام من خلال الاندماج العكسي مع شركة استحواذ ذات أغراض خاصة في نيويورك في عام 2020، أكدت أنها تهدف إلى إنتاج البطاريات في عام 2024.

ومع ذلك، يظل الإنتاج الضخم احتمالا بعيدا، حتى بعد أن قامت كوانتوم بشحن نماذجها الأولية الأولى إلى فولكسفاغن والمستخدمين المحتملين الآخرين في أواخر عام 2022، وهي بداية ما عادة ما يكون عملية اختبار وإصدار شهادات تستغرق سنوات.

وعلى ذلك، فإن البطارية ليست في حالة صلبة خالصة، إذ يستخدم إلكتروليتًا سائلا مع السيراميك، الذي يفصل بين الأطراف الموجبة والسالبة.

وقال جاغديب سينغ الرئيس التنفيذي لشركة كوانتوم لرويترز “لا يزال أمامنا الكثير من العمل للقيام به”.

وأضاف “يهدف النموذج الأولي إلى إظهار وجود الوظيفة الأساسية، وليس أن الخلية قد تم تسويتها بالكامل من حيث جميع العيوب المختلفة التي يمكن تقديمها أثناء عملية الإنتاج”.

وفولكسفاغن وكوانتوم ليستا اللاعبتين الوحيدتين اللتين قلصتا طموحاتهما أثناء مواجهتهما للتعقيدات التقنية للحالة الصلبة.

وكانت تويوتا، أكبر شركة تصنيع سيارات في العالم قبل فولكسفاغن، قد استهدفت 2025 موعدا لبدء إنتاج بطارياتها الصلبة، لكنها ذكرت في يونيو الماضي أنها لا تتوقع الآن إنتاج الخلايا على نطاق واسع قبل عام 2027 أو 2028.

ومع ذلك، قالت الشركة اليابانية إنها حققت اختراقًا تقنيا، دون تقديم تفاصيل تتجاوز نطاق القيادة المتوقع الذي يبلغ أكثر بقليل من 1200 كيلومترا ووقت الشحن لمدة 10 دقائق.

وتخطط العديد من الشركات الأخرى لطرح بطاريات الحالة الصلبة، بما في ذلك شركة البطاريات الصينية الرائدة كاتل وأل.جي أنيرجي سيليوشن وسوليد باور وبرولوغيم وهوندا ونيسان.

وتعتبر تسلا، الرائدة في سوق السيارات الكهربائية، غريبة عن الصناعة في عدم تقديم تفاصيل عن أي خطط لتطوير بطاريات الحالة الصلبة.

وإحدى القضايا الرئيسية التي كان مطورو الحالة الصلبة يتصارعون معها هي تأثير إدخال معدن الليثيوم للأنود.

ويمكن لمعدن الليثيوم أن يرفع الأداء بشكل كبير، ولكنه غالبا ما يثير تفاعلات مع المركبات الصلبة، بما في ذلك إنشاء التشعبات والتكوينات الشائكة التي تفرز الشقوق والعيوب ويمكن أن تؤدي في النهاية إلى قصر دائرة البطارية.

وحاول صانعو البطاريات وشركات صناعة السيارات والباحثون استخدام مجموعة متنوعة من المواد الصلبة في ثلاث فئات رئيسية البوليمرات والكبريتيدات والأكاسيد.

وطرحت بعض الشركات بالفعل إصدارات جزئية من بطاريات الحالة الصلبة التي تقدم بعض فوائد هذه التكنولوجيا.

وأطلقت شركتا السيارات الكهربائية الصينيتان نيو وسيريس نماذج للمركبات الكهربائية ببطاريات “شبه صلبة” تحتوي على مكونات إلكتروليت صلبة وشبيهة بالهلام، ولكنها لا تستخدم أنودات معدن الليثيوم.