سه شنبه, ۲۹ خرداد , ۱۴۰۳ Tuesday, 18 June , 2024 ساعت ×
تولید باتری لیتیوم‌یونی مبتنی بر گرافیت در خودروهای الکتریکی
02 شهریور 1402 - 10:28
شناسه : 35645
مدیر ارشد فناوری و یکی از بنیان‌گذاران شرکت «Sila Nanotechnologies» مستقر در ایالات متحده آمریکا گفت: پیشرفت‌های علمی و فناوری ممکن است بر تبدیل آندهای سیلیسیمی به ماده غالب و رسیدن این ماده به مرحله تولید انبوه تاثیرگذار باشد.
ارسال توسط : منبع : فلزات آنلاین
پ
پ

به گزارش «فلزات‌‌نیوز»، شرکت «Sila Nanotechnologies» یک توسعه‌دهنده مواد اولیه به‌کار رفته در تولید باتری است که اخیرا موفق به تولید آند سیلیسیمی نانو کامپوزیت تحت نام تجاری «Titan Silicon» شده است.

این ماده تولید شده توسط این شرکت که قرار است در ابتدا در تولید باتری مورد استفاده در خودروهای الکتریکی سری جی شرکت مرسدس بنز به‌کار رود، باعث بهبود عملکرد باتری مورد استفاده در این خودروها می‌شود.

یوشین در گفت‌وگوی خود با موسسه «Fastmarkets»، به ارزیابی پیشرفت‌هایی که این شرکت در تولید باتری‌های مبتنی بر آندهای سیلیسیمی نانو کامپوزیت که در خودروهای الکتریکی استفاده خواهد شد، پرداخت.

وی معتقد است که این ماده می‌تواند به کاهش محدودیت دسترسی عرضه و نابرابری در حجم عرضه و تقاضا در نقاط مختلف جهان در تولید گرافیت به عنوان یکی دیگر از مواد اولیه اصلی به‌کار رفته در تولید باتری‌ها کمک کند.

بر خلاف اینکه عمده گرافیت جهان در کشور چین تولید می‌شود، آند سیلیسیمی نانو کامپوزیت شرکت «Sila Nanotechnologies» در ایالات متحده آمریکا تولید شده است. این بدان معناست که این ماده با قانون کاهش تورم ایالات متحده آمریکا ارائه شده برای تمرکز بر تامین زنجیره تامین مواد اولیه در خاک آمریکا به ویژه آن‌هایی که در گذار به انرژی‌های تجدیدپذیر حیاتی هستند، منطبق است.

سیلیسیم و ترکیبات آن از قبل، در مقادیر محدودی در آندها مورد استفاده قرار می‌گرفتند اما اخیرا که این ماده در غلظت‌های بالاتر در آندها مورد استفاده قرار گرفته، موجب رفع چالش‌های مربوط به استهلاک باتری شده است.

ویژگی‌های مثبت آند سیلیسیمی نانو کامپوزیت

مدیر ارشد فناوری شرکت «Sila Nanotechnologies» در ادامه عنوان کرد: الکترودهای مبتنی بر آند سیلیسیمی نانو کامپوزیت نسبت به باتری‌هایی که در آن‌ها گرافیت به‌کار رفته است، ضخامت کمتری دارند که این مسئله ممکن است بر بعد نفوذ باتری‌های لیتیوم‌یونی تاثیر منفی بگذارد. به علاوه استفاده از این مواد، هزینه تولید باتری‌ها را کاهش خواهد داد.

یوشین تصریح کرد: این فناوری همچنین چگالی انرژی بالاتر (حدود ۴۰ درصد بیشتر) و شارژ سریع‌تری در مقایسه با باتری‌های لیتیوم‌یونی مبتنی بر گرافیت (LIBs) سنتی ارائه می‌کند؛ ضمن اینکه هزینه باتری‌های لیتیوم‌یونی مبتنی بر گرافیت، حدود ۱۰۰ دلار در کیلووات ساعت در هر باتری باقی می‌ماند.

وی بر همین اساس تاکید کرد: کاتدها و آندهای مبتنی بر سیلیسیم نانو کامپوزیت تولیدی این شرکت، هزینه تولید باتری‌های لیتیوم‌یونی مبتنی بر گرافیت را به ۵۰ دلار در کیلووات ساعت کاهش می‌دهد و پتانسیل تبدیل شدن به یک فناوری استاندارد برای تامین انرژی خودروهای الکتریکی را در آینده نزدیک خواهد داشت.

تیم مدل‌سازی هزینه باتری‌ها در موسسه «Fastmarkets» اعلام کرد که آند، به طور معمول حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد از کل هزینه یک باتری نیکل کبالت منگنز (NCM) و کاتد، حدود ۵۰ تا ۶۰ درصد از هزینه آن را به خود اختصاص می‌دهد.

از آنجایی که به‌کارگیری فناوری جدید مبتنی بر آند می‌تواند شارژ سریع‌تر، طول عمر بیشتر و عملکرد کلی برای باتری‌ها را به ارمغان بیاورد، استفاده از این فناوری‌ها می‌تواند بر کاهش هزینه مواد اولیه مورد استفاده در تولید باتری‌ها نیز تاثیر مثبت بگذارد و در کل هزینه تولید آن‌ها را کاهش دهد.

موتو کریشنا، مدل‌ساز هزینه باتری‌ها در موسسه «Fastmarkets» معتقد است که بهبود فرایندهای تولید و به حداقل رساندن استفاده از باطله‌ها در ابر کارخانه‌های تولیدی، نقش مهمی در این مسئله خواهد داشت.

مدیر ارشد فناوری شرکت «Sila Nanotechnologies» اظهار داشت: چگالی انرژی سلول باتری، به آند، کاتد و عمدتا به ظرفیت و پتانسیل الکتروشیمیایی آن‌ها بستگی دارد.

آند سیلیسیمی نانو کامپوزیت با ظرفیت فوق‌العاده بالا در ترکیب با نسل بعدی کاتدها، امکان افزایش دو برابری چگالی انرژی را فراهم می‌کند. این موضوع بدان معناست که باتری‌های لیتیوم‌یونی مبتنی بر گرافیت، با ۵۰ درصد ظرفیت کمتر همان بازدهی را خواهند داشت.

به گفته یوشین، بر همین اساس اندازه و قیمت باتری‌های لیتیوم‌یونی مبتنی بر گرافیت حدود ۵۰ درصد کاهش خواهد یافت. همچنین استفاده از نسل بعدی کاتدها در ترکیب با آندهای گرافیت، منجر به بهبود عملکرد عمده در باتری‌ها نخواهد شد.

به‌کارگیری فناوری جدید

پیشرفت‌های اخیر در به‌کارگیری فناوری جدید در باتری‌ها، منجر به تغییر عمده‌ای در نحوه درک استفاده از آندهای مبتنی بر سیلیسیم شده است.

وی مطرح کرد: یک دهه پیش به دلیل مشکلات تکنیکی و عدم وجود فناوری برای غلبه بر چالش‌های فنی بی‌شمار، بیشتر افراد در صنعت تصور نمی‌کردند که آندهای سیلیسیمی به زودی به واقعیت بدل شوند.

موضوعی که در حال حاضر مطرح می‌شود، این است که تا چه اندازه می‌توان حجم تولید آندهای سیلیسیمی نانو کامپوزیت را برای برآوردن نیاز بازار به این نوع از باتری‌ها افزایش داد. در سال‌های گذشته، برخی از شرکت‌های پیشرو در تولید باتری، از مواد اکسید سیلیسیم تولید شده در ژاپن یا چین در ترکیب با آندهای گرافیتی استفاده کردند تا چگالی یا نرخ انرژی باتری‌های لیتیوم‌یونی مبتنی بر گرافیت را اندکی بهبود بخشند و از استهلاک بیش از حد آن‌ها جلوگیری کنند. در آن زمان، ایده استفاده از آند سیلیسیمی نانو کامپوزیت مطرح نبود.

مدیر ارشد فناوری شرکت «Sila Nanotechnologies» در ادامه مصاحبه خود ابراز کرد: حجم باتری آند سیلیسیمی نانو کامپوزیت تولید این شرکت نسبت به باتری‌های لیتیوم‌یونی مبتنی بر گرافیت سنتی کاهش یافته و به طور کامل جایگزین گرافیت در آندها شده است.

یوشین در ادامه به عمر آند سیلیسیمی نانو کامپوزیت سلول‌های باتری مورد استفاده در خودروهای الکتریکی این شرکت و شباهت آن با سلول‌های باتری مبتنی بر گرافیت سنتی یا اکسید سیلیسیم به‌کار رفته در خودروی الکتریکی اشاره کرد.

ناگفته نماند که شرکت «Sila Nanotechnologies»، تنها شرکتی نیست که به گسترش استفاده از باتری آند سیلیسیمی نانو کامپوزیت امیدوار است. در سال ۲۰۲۰، شرکت تسلا اعلام کرد که خودروهای الکتریکی تولیدی این شرکت از آند سیلیسیم به جای گرافیت در باتری‌ها استفاده خواهد کرد.

شرکت تسلا در آن زمان تاکید کرد که از فلز سیلیسیم به جای مواد گران‌قیمت سیلیسیمی مهندسی شده برای تولید آندهای باتری خود استفاده خواهد کرد. در آن زمان، برخی مشارکت‌کنندگان بازار اعلام کردند که این تصمیم بر بازار فلز سیلیسیم، گرافیت و بازارهای مرتبط تاثیر کمتری خواهد داشت.

به گفته وی، تولید جهانی نسبتا پراکنده سیلیسیم امکان جایگزینی آن با سایر مواد آندی را فراهم خواهد کرد. موسسه «Fastmarkets» تخمین می‌زند که مقدار تولید فلز سیلیسیم در قاره آمریکای شمالی حدود ۲۰۰ هزار تن در سال باشد.

چالش‌های عرضه

علی‌رغم ویژگی‌های مثبتی که استفاده از آند سیلیسیمی نانو کامپوزیت به ارمغان خواهد آورد، مدیر ارشد فناوری شرکت «Sila Nanotechnologies» به چالش‌های تامین مواد اولیه و میزان پذیرش سیلیسیم اشاره کرد و احتمال بروز مشکل در روند عرضه این ماده را دور از انتظار ندانست. از دیدگاه وی، روند عرضه مهم‌ترین چالش موجود در این عرصه است.

یوشین خاطرنشان کرد: اکثر سیلیسیم جهان در چین تولید می‌شود و حجم تولید سیلیسیم نسبت به سایر مواد اولیه حیاتی از جمله گرافیت و کبالت کمتر است.

در همین راستا شرکت‌های مستقر در کشورهای غربی درصدد هستند که شکاف تولید این ماده را پر کنند. شرکت «Sinova Global» در مصاحبه‌ای که با موسسه «Fastmarkets»در اوایل سال ۲۰۲۳ داشت، عنوان کرد که در تلاش است تا به منظور تامین حجم مورد تقاضا برای سیلیسیم مورد نیاز در تولید آند باتری را در قاره آمریکای شمالی تولید کند.

وی در ادامه به برخی اقدامات قانونی کشورها از جمله ارائه قانون کاهش تورم آمریکا (IRA) اشاره کرد و گفت: این موضوع نشان می‌دهد ایالات متحده و غرب در حال درک این مسئله هستند که تغییر تمرکز تولید مواد اولیه از چین به کشورهای غربی بسیار حائز اهمیت خواهد بود.

مدیر ارشد فناوری شرکت «Sila Nanotechnologies» اظهار داشت: وقتی صحبت از فناوری‌های مورد استفاده در تولید باتری به‌عنوان راهی برای جایگزینی سوخت‌های فسیلی، نفت و گاز می‌شود، تامین حیاتی مواد اولیه و عدم وابستگی به کشورهای خارجی مطرح خواهد شد.

یوشین ضمن استقبال از ارائه برخی مشوق‌های اقتصادی از جمله قانون کاهش تورم آمریکا برای تولید مواد اولیه و تولید باتری‌ها در آمریکا و در کشورهای دارای تجارت آزاد با این کشور، به ادامه موانع موجود در تامین سرمایه و روند نظارتی برای ایجاد واحدهای تولیدی و معادن جدید اشاره کرد.

وی مطرح کرد: با وجود منابع طبیعی فراوان در ایالات متحده آمریکا، هنوز موانع نظارتی در مواردی مانند استخراج معادن جدید وجود دارد. از دیدگاه دریچه اقتصاد، ممکن است نیاز باشد دسترسی به سرمایه‌های بالا و نرخ‌های بهره پایین برای ترغیب سرمایه‌گذاری‌های استراتژیک مهم در مواد اولیه و فرآوری این مواد مورد استفاده در تولید باتری‌ها در نظر گرفته شود؛ چراکه چین از قبل چنین مشوق‌هایی را به صنایع مرتبط با تولید باتری در این کشور ارائه داده است.

مدیر ارشد فناوری شرکت «Sila Nanotechnologies» در پایان این گفت‌وگو یادآور شد: دسترسی به شرایط تامین سرمایه و راه‌اندازی واحدهای تولیدی و معادن جدید باید آسان‌تر شود؛ چراکه در غیر این صورت تغییری در زنجیره تامین ایجاد نخواهد شد.

در ضمن در گزارش‌های اخیر موسسه «Fastmarkets»، به یک سری سردرگمی پیرامون واجد شرایط بودن مواد اولیه برای دریافت مشوق‌های مالی مبتنی بر قانون کاهش تورم آمریکا به ویژه در مورد منشا تولید این مواد اشاره شد.

به گفته ابیگیل وولف، معاون و مدیر استراتژی بخش مواد معدنی حیاتی در موسسه تامین امنیت انرژی آینده آمریکا (SAFE)، عدم شفافیت در برخی بندهای این قانون، موجب کاهش سرمایه‌گذاری‌های مرتبط با این قانون شده است.

ثبت دیدگاه

دیدگاهها بسته است.