استمع إلى المقال

هل تعلم أن المركبات الكهربائية تحطم كل يوم أرقاما قياسية جديدة في مبيعاتها وحصتها السوقية في عام 2023. إنها حقيقة مدهشة تعكس التغيير الهائل الذي يحدث في صناعة السيارات والنقل في جميع أنحاء العالم. في هذه المادة، سنناقش تطور المركبات الكهربائية في السنوات الماضية، والعوامل التي تدعم نموها، والتحديات التي تواجهها، والفوائد التي تقدمها للبيئة والاقتصاد.

في الربع الأول من عام 2023، ارتفعت المركبات الكهربائية الكاملة (BEVs) إلى رقم قياسي جديد بنسبة 7.2 بالمئة من حصة المبيعات الجديدة في الولايات المتحدة. وفقا لبيانات Auto News، كان 258882 من 3594969 مركبة خفيفة تم بيعها في أمريكا في الربع الأول كهربائية بالكامل، وتقدر “Kelley Blue Book”، وهي شركة لتقييم المركبات وأبحاث السيارات في إيرفين بولاية كاليفورنيا، أن مبيعات المركبات الكهربائية في الربع الأول ارتفعت بنسبة 44.9 بالمئة على أساس سنوي. هذه زيادة كبيرة مقارنة بالسنوات السابقة، حيث كانت حصة المركبات الكهربائية في عام 2021 حوالي 3.2 بالمئة فقط.

وفقا للتوقعات العالمية للمركبات الكهربائية لعام 2023 التي أصدرتها وكالة الطاقة الدولية (IEA)، فإنه من المتوقع أن تستمر مبيعات المركبات الكهربائية بقوة خلال عام 2023. تم بيع أكثر من 2.3 مليون مركبة كهربائية في الربع الأول، حوالي 25 بالمئة أكثر من الفترة نفسها من العام الماضي، ومن المتوقع رؤية 14 مليونا في المبيعات بحلول نهاية عام 2023، مما يمثل زيادة قدرها 35 بالمئة على أساس سنوي مع تسارع المشتريات الجديدة في النصف الثاني من هذا العام؛ نتيجة لذلك، يمكن أن تشكل المركبات الكهربائية 18 بالمئة من إجمالي مبيعات السيارات على مدار السنة.

هذه التطورات تظهر أن المستهلكين والمنتجين يتجهون نحو تبني المركبات الكهربائية باعتبارها بديلا أكثر كفاءة وأقل تلوثا وأكثر اقتصادية من المركبات التقليدية التي تعمل بالوقود الأحفوري، وهذا ما دفع العديد من الشركات على تطوير منتجاتها وتزويدها بأحدث التقنيات التي تستمر في التطور على نحو دائم.

“تويوتا” تغيّر قواعد اللعبة في سوق السيارات الكهربائية

في خطوة قد تغير مستقبل السيارات الكهربائية، أعلنت شركة “تويوتا” في مطلع تموز/يوليو 2023 عن تحقيقها اختراقا في تكنولوجيا البطاريات التي ستمكنها في المستقبل من إنشاء بطاريات توفر مدى يصل إلى 1200 كيلومتر على شحنة واحدة، وأنها تهدف إلى إنشاء بطارية تمنح السيارة الكهربائية مدى 1450 كيلومترا.

الشركة اليابانية كانت تسعى بالفعل إلى طرح سيارات تعمل ببطاريات حالة صلبة متطورة، والتي توفر ميزات بالمقارنة بالبطاريات المستندة إلى السائل، بحلول عام 2025.

الشركة قالت إنها تمكنت من تبسيط عملية إنتاج المادة المستخدمة في صنعها، مشيدة بالاكتشاف على أنه قفزة كبيرة إلى الأمام يمكن أن تخفض بشكل كبير أوقات الشحن، وتزيد من مدى القيادة، وأضافت أنها طورت طرقا لجعل البطاريات أكثر متانة، وأنها تؤمن الآن بأنها يمكنها صنع بطارية حالة صلبة تتيح مدى قيادة يصل إلى 1200 كيلومتر (745 ميلا) ويمكن شحنها في 10 دقائق أو أقل.

كيجي كايتا، رئيس مركز أبحاث وتطوير “تويوتا” للحياد الكربوني قال، “بالنسبة لكل من بطارياتنا السائلة والصلبة، نهدف إلى تغيير جذري للحالة التي تعاني فيها البطاريات الحالية من كبر حجمها وثقل وزنها وغلاء ثمنها؛ وسنهدف إلى تقليل كل هذه العوامل إلى النصف”.

كايتا أوضح، أن الشركة تتوقع أن تتمكن من تصنيع بطاريات صلبة لاستخدامها في السيارات الكهربائية بحلول عام 2027 على أقرب تقدير.

هذا الإعلان أثار اهتمام خبراء صناعة السيارات، الذين اعتبروا صناعة بطاريات صلبة على نطاق واسع، يأتي كتغيير محتمل لقواعد اللعبة بالنسبة للسيارات الكهربائية، حيث تعد بتقليل أوقات الشحن وزيادة السعة وتقليل خطر اشتعال النيران المرتبط ببطاريات “أيون الليثيوم”.

مع ذلك، كانت بطاريات الحالة الصلبة عادة أصعب وأكثر تكلفة في التصنيع، مما يحد من تطبيقها التجاري، وفي هذا الصدد، قالت “تويوتا” إنها تعتقد أنها يمكنها تبسيط عملية الإنتاج، مما قد يجعل من الأسهل إنتاج بطاريات صلبة من بطاريات “أيون الليثيوم”.

هذه التكنولوجيا قد تساعد “تويوتا” على تعزيز موقفها في سوق السيارات الكهربائية، التي تشهد منافسة شديدة من شركات أخرى مثل “تسلا” و”فولكس فاغن”.

 ما هي بطارية الحالة الصلبة؟

بطارية الحالة الصلبة (Solid-State Battery) هي تكنولوجيا متطورة في مجال تخزين الطاقة تستخدم في الأجهزة الإلكترونية والمركبات الكهربائية، وتعتبر هذه التكنولوجيا تطورا هاما في مجال البطاريات بالنظر إلى قدرتها على تقديم أداء محسّن وأمان أكبر مقارنة بالبطاريات التقليدية التي تعتمد على السوائل.

بطاريات الحالة الصلبة تتميز، بأنها لا تحتوي على السوائل القابلة للتسرب أو التبخر؛ وبدلا من ذلك، تعتمد على مواد صلبة للتفاعل الكيميائي وتخزين الطاقة، هذه الخاصية تعزز من أمان البطارية، وتقلل من فرصة التلف أو الانفجارات التي قد تحدث في البطاريات التقليدية.

الكثافة الطاقية للبطارية الحالة الصلبة تعد عالية نسبيا، مما يعني أنها تستطيع تخزين كمية كبيرة من الطاقة في حجم صغير، وهذا يؤدي إلى زيادة مدى الأجهزة الإلكترونية والمركبات الكهربائية والتقليل من حجمها.

واحدة من التحديات التي تواجه تطوير البطارية الحالة الصلبة هي تكاليف الإنتاج وتقنيات التصنيع الباهظة، لكن مع استمرار التطور التكنولوجي وزيادة الطلب على تلك البطاريات، من المتوقع أن تصبح أكثر توفرا وأقل تكلفة في المستقبل.

على الرغم من الفوائد الكبيرة التي تقدمها البطارية الحالة الصلبة، فإنها ما زالت في مراحل التطوير والبحث، ومن المحتمل أن نرى تطورات أكبر في هذا المجال خلال السنوات القادمة، مما سيعزز من دورها في تحسين التكنولوجيا الحالية وتطوير مستقبل أكثر استدامة ونظيفا للطاقة.

ماذا ستقدم “تويوتا” لعام السيارات الكهربائية؟

الفائدة الأولى للبطارية الصلبة هي زيادة المدى، “تويوتا” تدعي أنها قادرة على إنتاج سيارات كهربائية تسير إلى 1200 على شحنة واحدة، وأنها تهدف إلى زيادة هذا الرقم إلى 1450 كيلومترا تقريبا، هذا يعني أن السائقين لن يحتاجوا إلى التوقف كثيرا لإعادة الشحن، وأنهم سيتمكنون من السفر إلى مسافات أطول بدون قلق.

الفائدة الثانية هي تقليل زمن الشحن، البطارية الصلبة تستغرق وقتا أقل للشحن من البطارية التقليدية، حيث تقول تويوتا إنها تستطيع شحن سيارتها من 10 بالمئة إلى 80 بالمئة من السعة في أقل من 20 دقيقة، هذا يعني أن السائقين لن يضطروا إلى الانتظار طويلا في محطات الشحن، وأنهم سيستفيدون من فترات توقف أقصر.

الفائدة الثالثة هي المساهمة في مستقبل أكثر استدامة، البطارية الصلبة ليست فقط أكثر كفاءة وأداء من البطارية التقليدية، ولكنها أيضا أكثر أمانا وصديقة للبيئة، هذه البطارية لا تستخدم مواد قابلة للاشتعال أو سامة، ولا تسبب حرائق أو انفجارات في حالة التلف أو التسخين، كما أنها تحتوي على مواد قابلة لإعادة التدوير، وتستخدم كمية أقل من المعادن الثمينة، مما يقلل من التأثير البيئي لإنتاجها والتخلص منها.

لذا، يبدو أن تكنولوجيا البطارية الصلبة من “تويوتا” ستقدم مزايا كبيرة لعالم المركبات الكهربائية، وستجعلها أكثر جاذبية وعملية للمستهلكين، ولكن هذه التكنولوجيا لا تزال في مرحلة التطوير، ولا يزال هناك تحديات تواجه إنتاجها على نطاق واسع، “تويوتا” تخطط لإظهار نموذج عامل من بطاريتها الصلبة في عام 2025، وتأمل في طرح سيارات كهربائية مزودة بهذه البطارية في الأسواق بحلول عام 2028.

هل ستكون قادرة على تحقيق هذه الأهداف، وهل ستكون رائدة في صناعة البطارية الصلبة، هذا يعتمد على عوامل عديدة، مثل مستوى التعاون مع شركاء الصناعة والأكاديمية، ومدى قابلية التطبيق والتكلفة والجودة للبطارية الصلبة، وردود فعل السوق والمستهلكين، والتشريعات والسياسات المتعلقة بالطاقة والبيئة.

“تويوتا” ليست الشركة الوحيدة التي تعمل على تطوير البطارية الصلبة، فهناك منافسون آخرون مثل “هيونداي” و”فولكس فاغن” و”بي إم دبليو”؛ لذلك، فإن “تويوتا” تواجه تحديا كبيرا في الحفاظ على ريادتها في هذا المجال، وفي تحقيق رؤيتها لثورة المركبات الكهربائية.”

مستقبل وتحديات

بطاريات الحالة الصلبة تعد واعدة لتحسين أداء وأمان وكفاءة السيارات الكهربائية، لكنها تواجه أيضا تحديات كبيرة في التطوير والتصنيع والتطبيق، بعض هذه التحديات تشمل.

• تحقيق موصلية أيونية عالية في درجات حرارة متوسطة أو منخفضة، وتجنب تشكيل الدندريت على سطح الأنود المعدني.

• تحسين التوافق الكيميائي والميكانيكي بين الكهرليلي الصلب والأقطاب، ومنع تدهور الواجهة أو تشقق الكهرليلي خلال التدوير.

• تخفيض تكلفة المواد والعملية، وزيادة كثافة الطاقة والقدرة، وتحسين المتانة والموثوقية للبطارية.

• تطوير طرق فعالة لتجميع الخلايا ذات حالة صلبة، وتحسين أداء الشحن والتفريغ، وتقليل مقاومة الاتصال.

لمواجهة هذه التحديات، يجب على الباحثين استكشاف مواد جديدة للكهرليليات الصلبة، وتحسين تصميم الأقطاب والخلايا، وتطبيق تقنيات متطورة لفهم آلية نقل الأيونات والتفاعلات على الواجهات.

مستقبل بطاريات ذات حالة صلبة يعتمد على قدرتها على التغلب على هذه التحديات، وإثبات قابليتها للاستخدام في المركبات الكهربائية؛ إذا نجحت في ذلك، فإنها قد تغير قواعد اللعبة في سوق السيارات الكهربائية، وتجذب اهتمام شركات أخرى للاستثمار في هذه التقنية.