باتری‌های سیلیسیم آند مانند باتری‌های تولید شده از عناصر ۱۴گانه گروه کربنی، چگالی انرژی بسیار بالاتر و زمان‌ شارژ بسیار سریع‌تری را در مقایسه با باتری‌های لیتیوم‌یون مبتنی بر گرافیت ارائه می‌کنند؛ همین مسئله بارقه‌ای از امید را در راستای ایجاد تغییرات بنیادین در فناوری‌های مورد استفاده در تولید باتری خودروهای الکتریکی ایجاد کرده است.

به گزارش پایگاه خبری و تحلیلی «فلزات‌آنلاین» و به نقل از وب‌سایت شرکت «Charged Electric Vehicles Limited»، افزایش مقیاس‌پذیری تولید باتری‌های سیلیسیم آند، یکی از موانع اصلی در توسعه این نوع باتری در مقیاس تجاری به شمار می‌رود. در همین رابطه، اگرچه دسترسی سیلیسیم هیچ مانعی وجود ندارد اما توسعه زیرساخت‌های تولید آن برای پاسخ‌گویی به تقاضای جهانی، سال‌ها یا حتی دهه‌ها زمان خواهد برد.

به نظر می‌رسد با قابلیت شارژ سریع که در آن امکان شارژ باتری‌های سیلیسیم آند در کمتر از  ۱۰ دقیقه یا حتی در برخی مواقع در مدت ۹۰ ثانیه وجود دارد، افرادی که اضطراب اتمام شارژ باتری خودروهای الکتریکی قبل از رسیدن به مقصد را دارند، دیگر هیچ نگرانی از این بابت نخواهند داشت. در واقع با تولید انبوهی از باتری‌های سیلیسیم آند در حجم کوچک و با صرفه اقتصادی بالا، نرخ پذیرش خودروهای الکتریکی افزایش خواهد یافت و بازار جهانی این خودروها تغییر و تحولات اساسی را تجربه خواهد کرد.

به عنوان یک نمونه بارز از تحولات گسترده ایجاد شده، می‌توان به بازار بسیار پویای خودروهای الکتریکی چین اشاره کرد که طی دو تا سه سال اخیر نرخ پذیرش این خودروها که مبتنی بر فناوری‌های بسیار پیشرفته تولید شده‌اند، به شدت روندی افزایشی را به ثبت رسانده است؛ این در حالی بوده که در کشورهای غربی، افزایش نرخ پذیرش خودروهای الکتریکی با سرعت بسیار کندی انجام می‌شود و در واقع سیاست‌گذاری‌های حمایتی دولت در این کشورها را باید یکی از عوامل اصلی آن برشمرد.

هم‌زمان با اینکه تولیدکنندگان خودروهای الکتریکی همچنان با چالش‌های استفاده از باتری‌های لیتیوم‌یون، از جمله نگرانی‌ها در مورد زمان شارژ باتری خودروهای الکتریکی، ایمنی خودروها و تامین مواد اولیه مورد نیاز برای تولید باتری آن‌ها دست و پنجه نرم می‌کنند، برخی دیگر از تولیدکنندگان در صنعت باتری به دنبال راه‌‎هایی برای جایگزینی تعدادی از مواد اولیه مورد نیاز در صنعت مذکور با هدف رفع برخی از این چالش‌ها هستند.

در همین رابطه، چندین سال است که صحبت‌هایی در مورد استفاده از باتری‌های سیلیسیم آند به منظور جایگزینی آندهای گرافیت در باتری‌های لیتیوم‌یونی از سوی برخی از تولیدکنندگان ارائه می‌شود. همچنین، پیشرفت‌هایی در خصوص استفاده از عناصر ۱۴گانه گروه کربنی و نانوگراف‌ها ایجاد شده و این باتری‌ها از مرحله تولید آزمایشی به فاز تولید تجاری در مقیاس گسترده راه یافته‌اند و قرار است از این مواد اولیه در تولید انبوه باتری‌های سیلیسیم آند استفاده شود.

طبق نتایج آزمایش‌های انجام شده، استفاده از عناصر ۱۴گانه گروه کربنی در تولید باتری‌های سیلیسیمی، حدود ۵۰ درصد چگالی انرژی بیشتری نسبت به باتری‌های لیتیوم‌یونی ایجاد خواهند کرد. باتری سیلیسیم کربن مصنوعی با فناوری انحصاری «SCC55»،  یکی از جدیدترین باتری‌های توسعه‌یافته در همین راستا بوده که قرار است در طیف وسیعی از بخش‌ها، از خودروهای الکتریکی گرفته تا لوازم الکترونیکی مصرفی، هواپیماهای برخاست و فرود عمودی الکتریکی موسوم به «eVTOL» و مراکز تجاری داده‌ها در مقیاسی گسترده مورد استفاده قرار بگیرد.

شرکت «Group14 Technologies»، یکی از شرکت‌هایی است که پیشرفت‌های قابل‌توجهی در تولید  باتری‌های سیلیسیمی داشته و در حال حاضر محصولات تولیدی را در تاسیسات تولید باتری با ظرفیت ۱۰ گیگاوات ساعت خود در کره‌جنوبی به برخی از مشتریان و مصرف‌کنندگان تحویل می‌دهد. همچنین، این شرکت در حال راه‌اندازی یک واحد تولید باتری سیلیسیم کربن مصنوعی با فناوری انحصاری «SCC55» و با ظرفیت اولیه سالانه دو هزار تن یا ۱۰ گیگاوات ساعت باتری سیلیسیم در ایالت واشنگتن در آمریکا است.

ریک لووبه، مدیرعامل شرکت «Group14 Technologies» معتقد است که استفاده از باتری‌های سیلیسیم آند با هدف افزایش قابلیت پیمایش خودروهای الکتریکی، افزایش سرعت شارژ و بهبود قابل‌ توجه در بهره‌وری خودروهای الکتریکی، آینده بخش مذکور را دگرگون خواهد کرد.

به گفته وی، فناوری‌های فعلی به کار رفته در تولید باتری‌های سیلیسیمی مبتنی بر گرافیت در آینده منسوخ خواهند شد.

لووبه ضمن اشاره به مزیت‌های باتری‌های سیلیسیمی از جمله چگالی انرژی بیشتر و سرعت شارژ بسیار سریع‌تر در مقایسه با باتری‌های لیتیوم‌یون که در حال حاضر در صنعت باتری مولفه‌های بسیار مهمی به شمار می‌روند، سرعت مقیاس‌پذیری در تجاری‌سازی فناوری‌های جدید در صنعت باتری را بسیار مهم ارزیابی کرد و گفت: اگرچه فناوری باتری‌های سیلیسیمی طی چند سال گذشته توسعه یافته اما مقیاس‌پذیری آن در مقیاس تجاری سال‌ها زمان برده است.

وی خاطرنشان کرد: یکی دیگر از مزیت‌های باتری‌های سیلیسیمی، چگالی انرژی بسیار بالاتر آن‌ها در مقایسه با باتری‌های لیتیوم‌یون است. این ویژگی سبب شده است بتوان باتری‌هایی با حجم کوچک‌تر و با چگالی انرژی بالاتر تولید کرد که برای مصرف‌کنندگان آن بسیار حائز اهمیت است.

بخش گوشی‌های هوشمند، از جمله نخستین بخش‌هایی به شمار می‌رود که استفاده از باتری‌های سیلیسیمی آند در مقیاس تجاری گسترده در آن آغاز شده است. به نظر می‌رسد استفاده از باتری‌های سیلیسیم آند در بخش خودروهای الکتریکی نیز به زودی و پس از پایان راه‌اندازی واحدهای تولیدکننده این باتری آغاز خواهد شد.

لووبه مطرح کرد: احتمال تاخیر در استفاده از این نوع باتری‌ها در بخش خودروهای الکتریکی به دلیل فرایند پیچیده‌تر آزمایش‌ها وجود دارد اما انتظار می‌رود که در اوایل سال ۲۰۲۶، پس از راه‌اندازی واحدهای جدید باتری‌های سیلیسیمی آند، شرایط برای استفاده از این نوع باتری‌ها در تولید خودروهای الکتریکی فراهم شده باشد.

وی در ادامه با اشاره به اینکه سیلیسیم مورد نیاز شرکت «Group14 Technologies» از طریق گاز سیلان و فرم گازی این عنصر تامین می‌شود، در خصوص دسترسی به عنصر سیلیسیم در بازار، اظهار داشت: از این بابت هیچ‌گونه نگرانی وجود ندارد؛ چراکه این ماده اولیه اولین یا دومین عنصر در جهان از لحاظ حجم دسترسی محسوب می‌شود.

لووبه اضافه کرد: امکان تولید سیلان از ماسه نیز وجود دارد؛ اگرچه این روش چندان کاربردی نبوده ولی قابل اجراست.

لووبه درباره سهم آینده بازار باتری‌های سیلیسیم آند، تاکید کرد: در صورتی که زیرساخت‌ها برای ظرفیت تولید این باتری فراهم شود، این باتری‌ به طور کامل جایگزین باتری‌های مبتنی بر آند گرافیت خواهند شد. طبق ارزیابی‌های انجام شده، ظرفیت تولید باتری سیلیسیم آند مورد نیاز در مقیاس جهانی در حال حاضر سالانه حدود پنج تراوات ساعت باتری ذکر شده است.

به گفته وی، هر یک از واحدهای تولیدی شرکت «Group14 Technologies»، توانایی تولید ۱۰ گیگاوات باتری سیلیسیم آند در سال را دارند. با این حال و در مقیاس بین‌المللی، به حدود ۵۰۰ واحد تولیدی با ظرفیت تولید ۱۰ گیگاوات در سال از این نوع باتری نیاز خواهد بود. همچنین، شرکت مذکور قادر است سالانه سه تا چهار واحد تولید این نوع باتری را راه‌اندازی کند.

به عقیده لووبه، اگر نیاز به باتری‌های سیلیسیم آند در بازار با سرعت حدود ۱۵ درصد در سال رشد را تجربه کند، به حدود ۷۵ واحد جدید بیشتر به صورت سالانه نیاز خواهد بود.

یک مسئله قابل ‌توجه در همین رابطه اینکه در حال حاضر بازار باتری‌های سیلیسیم آند، رشد سریع‌تری را نسبت به خود صنعت سیلیسیم آند تجربه می‌کند. از سوی دیگر، شرایط برای حضور گسترده تولیدکنندگان این باتری به دلیل احتمال روند انفجاری تقاضا برای آن در بازار فراهم است و شرکت‌های تولیدکننده می‌توانند در مدت زمانی کوتاه، سهم قابل ‌توجهی از بازار را در اختیار بگیرند. در حال حاضر بازار باتری‌ها، در اختیار باتری‌های مبتنی بر آند گرافیت است و به نظر می‌رسد ظرف چندین سال آینده، این سهم به باتری‌های سیلیسیمی آند تعلق خواهد گرفت.

آمارهای ارائه شده نشان می‌‎دهد در حال حاضر حدود ۸۰ درصد از نیاز مصرف‌کنندگان جهان به آندهای مبتنی بر گرافیت از چین تامین می‌شود. یکی از مزیت‌های چشمگیر باتری‌های سیلیسیمی، مربوط به حجم انرژی بوده که از طریق آندهای آن جذب می‌شود.  در حال حاضر حدود ۶۰ درصد از حجم انرژی باتری‌های لیتیوم‌یون از طریق آند گرافیت جذب می‌شود و مابقی آن از طریق کاتد لیتیوم صورت می‌پذیرد. در واقع از طریق لیتیوم می‌توان چگالی انرژی باتری را افزایش داد.

در همین رابطه، محققان در صنعت باتری موفق شده‌اند راهی را برای کاهش حجم انرژی دریافتی از طریق آند و افزایش جذب آن از طریق کاتد با هدف افزایش چگالی انرژی باتری پیدا کنند. سیلیسیم به عنوان جایگزین گرافیت، در حدود ۱۰ برابر آن وزن کمتری داشته و حدود سه برابر حجم گرافیت امکان افزایش جذب انرژی و چگالی آن را در خود دارد. به بیان دیگر، از طریق جایگزینی گرافیت با سیلیسیم چگالی انرژی باتری‌ها حدود ۵۰ درصد افزایش و وزن آن حدود ۵۰ درصد کاهش خواهد یافت.

وی در خصوص شارژ این نوع باتری‌ها، خاطرنشان کرد: نگرانی از اتمام شارژ باتری و در دسترس نبودن ایستگاه‌های شارژ در مقایسه با اضطراب نرسیدن به مقصد با یک بار شارژ باتری خودروهای الکتریکی، چالش‌ بیشتری برای مصرف‌کنندگان ایجاد می‌کند. حجم کوچک‌تر باتری‌های آند سیلیسیمی و برخورداری از قابلیت شارژ بسیار سریع آن باعث می‌شود که هزینه تولید این باتری‌ها کاهش پیدا کند. در حال حاضر باتری‌های سیلیسیمی در کمتر از ۱۰ دقیقه شارژ می‌شوند و این زمان در واقع کمتر از زمان مورد نیاز برای سوخت‌گیری خودروهای بنزینی است.

لووبه یادآور شد: زمانی که زیرساخت‌ ایستگاه‌های جدید شارژ باتری خودروهای الکتریکی به مرحله بهره‌برداری برسد و حتی اگر بتوان باتری این خودروها را در خانه شارژ کرد، اضطراب مصرف‌کنندگان نه تنها از بین خواهد رفت بلکه نرخ پذیرش خوروهای الکتریکی روند افزایشی چشمگیری را به ثبت خواهد رساند. این مسئله موجب می‌شود وزن و هزینه تولید خودروهای الکتریکی و باتری‌ آن نیز روندی نزولی به خود بگیرد که بر افزایش حجم عرضه این خودروها در بازار تاثیر مثبت خواهد داشت.

یکی از شرکت‌های تولیدکننده باتری، موفق به توسعه نوعی باتری آند سیلیسیمی در مرحله آزمایشگاهی شده که شارژ صفر تا ۱۰۰ درصد آن تنها در ۹۰ ثانیه انجام خواهد شد. در صورتی که توسعه این نوع باتری به مرحله تولید انبوه برسد، صنعت باتری و بخش خودورهای الکتریکی متحول خواهد شد.

به طور کلی، استفاده از باتری‌های سیلیسیمی روند اجرای فرایند الکتریکی‌سازی در بخش‌های مختلف و به ویژه در بخش حمل‌و‌نقل در سطح جهان را متحول خواهد کرد. انتظار می‌رود با ظهور باتری‌های سیلیسیمی، طی دو تا سه سال آینده انقلابی گسترده در بخش‌های مختلف رقم بخورد.

در حال حاضر نرخ پذیرش خودروهای الکتریکی در چین به طرز حیرت‌آوری در حال افزایش یافتن است. تولیدکنندگان خودروهای الکتریکی چینی با حمایت دولت این کشور که از طریق سیاست‌گذاری‌های ارائه شده صورت پذیرفته است، توانسته‌اند خودروهایی به‌روز، مقرون‌به‌صرفه و بسیار باکیفیت تولید کنند. این پیشرفت‌های به دست آمده در بخش خودروهای الکتریکی چین موجب شده است اختلاف بازار این کشور با بازار خودروهای الکتریکی در کشورهای غربی، چه از لحاظ قیمت و چه از لحاظ نرخ پذیرش روندی افزایشی به خود بگیرد.

در صورتی که کشورهای غربی به همین روند خود در بخش خودروهای الکتریکی ادامه دهند و چین از باتری آند سیلیسیمی در بخش مذکور خود و در مقیاس گسترده استفاده کند، اختلاف به وجود آمده در بخش مذکور این کشور با بازار سایر کشورهای جهان به شدت افزایش خواهد یافت.

هند، یکی دیگر از کشورهایی است که پتانسیل بالایی هم در توسعه باتری‌های آند سیلیسیمی و هم در تولید خودروهای الکتریکی دارد و می‌تواند با ایجاد زیرساخت‌های لازم، رقابت در این دو بخش را افزایش داده و آن را از انحصار چین خارج کند.

در واقع هند می‌تواند با راه‌اندازی بخش تولید باتری سیلیسیم آند و توسعه بخش خودروهای الکتریکی، زمینه را برای افزایش نرخ جذب این خودروها در بازارهای بین‌المللی و کاهش هزینه تولید باتری‌های سیلیسیم آند که در حال حاضر در مقیاس کوچکی تولید می‌شوند، فراهم کند.

آن‌طور که به نظر می‌رسد، هند تمامی ابزارهای لازم برای انجام چنین کاری و تحقق چنین اهدافی را در اختیار دارد و می‌تواند توسعه بخش تولید باتری‌‎های سیلیسیم آند را هموار کند.

انتهای پیام//