أولاً -مقدمة
في عصر قطاعات النقل والطاقة السريعة التطور، برزت بطاريات الحالة الجامدة كتكنولوجيا ثورية قادرة على إعادة تشكيل مستقبل المركبات الكهربائية وتخزين الطاقة. مع تزايد قوة الدفع العالمية نحو التنقل المستدام، تشهد الصين، باعتبارها لاعباً رئيسياً في صناعة البطاريات، سباقاً شرساً بين الشركات التي تتنافس على ترسيخ هيمنتها في سوق البطاريات الجامدة. يتعمق هذا المقال في الوضع الحالي للصين وتحدياتها وآفاقها المستقبلية#39; في صناعة البطاريات الجامدة، مع التركيز بشكل خاص على مؤسساتها الرائدة.
ص. مزايا واتجاهات تطوير البطاريات الجامدة
مزايا البطاريات الجامدة
كثافة عالية للطاقة
وتوفر بطاريات الحالة الجامدة كثافة طاقة أعلى بكثير مقارنة ببطاريات أيونات الليثيوم التقليدية. وهذا يعني أنه يمكن تخزين المزيد من الطاقة في نفس الحجم أو الوزن، مما يمكن المركبات الكهربائية من تحقيق نطاقات قيادة أطول. على سبيل المثال، يمكن لمركبة كهربائية تعمل بالبطارية الجامدة أن تقطع عدة مئات من الكيلومترات أكثر في شحنة واحدة من نظيرتها من بطاريات الليثيوم أيون. وهذا عامل حاسم بالنسبة للمستهلكين الذين يشعرون بالقلق من نطاق القلق وهو أحد المحركات الرئيسية لتطوير بطاريات الحالة الصلبة.
السلامة المعززة
ويوفر استخدام الإلكتروليتات الصلبة في بطاريات الحالة الجامدة ميزة أمان رئيسية. على عكس الإلكتروليتات السائلة في البطاريات التقليدية، الإلكتروليتات الصلبة هي غير قابلة للاشتعال وأقل عرضة للتسرب. وهذا يقلل من خطر حرائق وانفجارات البطاريات، مما يجعل بطاريات الحالة الصلبة خيارًا أكثر أمانًا للمركبات الكهربائية. وبالإضافة إلى ذلك، تكون بطاريات الحالة الجامدة أكثر استقراراً في الظروف القصوى مثل درجات الحرارة المرتفعة والإجهاد الميكانيكي، مما يزيد من تعزيز ملامح سلامتها.
عمر طويل
بطاريات الحالة الجامدة لديها القدرة على عمر أطول بسبب عدة عوامل. والإلكتروليت الصلب أقل عرضة للتحلل بمرور الوقت مقارنة بإلكتروليت السائل، مما يقلل من فقدان سعة البطارية. وعلاوة على ذلك، فإن عدم وجود الكهارل السائلة يقلل أيضا من حدوث التفاعلات الجانبية التي يمكن أن تتلف البطارية. وهذا العمر الأطول لا يفيد المستهلكين فقط من خلال تقليل الحاجة إلى استبدال البطاريات بشكل متكرر ولكن له أيضا آثار إيجابية على الاستدامة العامة للمركبات الكهربائية.
تطور اتجاهات البطاريات الجامدة
التقدم التكنولوجي
ومع استمرار جهود البحث والتطوير، من المتوقع حدوث تطورات تكنولوجية كبيرة في مجال بطاريات الحالة الجامدة. وهذا يشمل تطوير مواد جديدة للكهارل الصلبة، والأقطاب الكهربائية، والفواصل التي يمكن أن تحسن أداء واستقرار البطاريات. على سبيل المثال، يستكشف الباحثون استخدام إلكتروليت صلب جديد ذي موصلية أيونية أعلى لتعزيز معدلات شحن وتفريغ بطاريات الحالة الصلبة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي التقدم في مواد الأقطاب الكهربائية إلى زيادة سعة تخزين الطاقة وتحسين أداء الدورة.
تخفيض التكاليف
وعلى الرغم من أن بطاريات الحالة الجامدة لها تكلفة أعلى في الوقت الحالي مقارنة بالبطاريات التقليدية، فإن الجهود جارية لخفض تكلفتها. ويمكن تحقيق ذلك من خلال وسائل مختلفة مثل تحسين عمليات التصنيع، وزيادة الإنتاج، والعثور على مواد أرخص. ومع نضج التكنولوجيا وزيادة حجم الإنتاج، من المتوقع أن تنخفض تكلفة بطاريات الحالة الجامدة، مما يجعلها أكثر قدرة على المنافسة مع البطاريات التقليدية.
توسيع نطاق التطبيقات
وعلاوة على المركبات الكهربائية، فإن بطاريات الحالة الجامدة لديها القدرة على الاستخدام في طائفة واسعة من التطبيقات. فعلى سبيل المثال، يمكن استخدامها في نظم تخزين الطاقة من أجل تكامل الطاقة المتجددة والإلكترونيات المحمولة والتطبيقات الفضائية الجوية. ومن شأن تعدد استخدامات بطاريات الحالة الجامدة أن يفتح أسواقاً جديدة وأن يدفع بنمو هذه الصناعة.
الثالث. تنمية الصين#39 -صناعة البطاريات الجامدة
ألف -دعم السياسات
وقد أدركت الحكومة الصينية الأهمية الاستراتيجية لبطاريات الحالة الجامدة وقدمت دعماً سياسياً قوياً لتطويرها. وهذا يشمل الحوافز المالية، والمنح البحثية، والسياسات المواتية للشركات العاملة في مجال بحوث وإنتاج البطاريات الجامدة. على سبيل المثال، أطلقت الحكومة مبادرات لدعم إنشاء مراكز البحث والتطوير في مجال البطاريات الجامدة، كما قدمت إعانات الدعم للشركات التي تستثمر في تكنولوجيا البطاريات الجامدة. خلقت هذه السياسات بيئة مواتية لنمو صناعة البطاريات الجامدة في الصين.
باء -مقياس السوق
مع ازدهار الطلب على المركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة، من المتوقع أن تنمو سوق بطاريات الحالة الصلبة في الصين بسرعة في السنوات المقبلة. ووفقاً لتقارير أبحاث السوق، فمن المتوقع أن يبلغ سوق البطاريات الصينية الجامدة حجماً كبيراً في السنوات القليلة المقبلة، مدفوعاً بعوامل مثل زيادة الدعم الحكومي، والتطورات التكنولوجية، وتزايد طلب المستهلكين على المركبات الكهربائية.
جيم -البحث والتطوير التكنولوجي
حققت الصين تقدما كبيرا في بحوث وتطوير تكنولوجيا البطاريات الصلبة الحالة. وتشارك العديد من الجامعات ومؤسسات البحوث والشركات بنشاط في البحوث المتعلقة ببطاريات الحالة الصلبة، والتي تغطي مجالات مثل تطوير المواد وتصميم البطاريات وعمليات التصنيع. حققت بعض المؤسسات البحثية الرائدة في الصين اختراقات في مجالات مثل الإلكتروليتات الصلبة عالية الأداء وهياكل البطاريات المتقدمة. وعلاوة على ذلك، تتعاون الشركات الصينية أيضاً مع شركاء دوليين للتعجيل بتطوير وتسويق بطاريات الحالة الصلبة.
IV: تحليل الصين#39;s Solid-State Battery Leading Enterprises (باللغة الإنجليزية)
إيه تشينغتاو للطاقة
خلفية وتاريخ الشركة
تأسست شركة تشينغتاو للطاقة على يد فريق بقيادة الأكاديمي نان تسون من جامعة تسينغهوا. تعود جذور الشركة إلى المختبر الرئيسي الحكومي للسيراميك الجديد والمعالجة الدقيقة في جامعة تسينغهوا. خصصت تشينغتاو للطاقة منذ تأسيسها لبحوث وتطوير بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة وحققت تقدما كبيرا في بناء سلسلة صناعية متكاملة.
الابتكارات التكنولوجية
(أ) استراتيجية التنمية على مراحل
تبنت تشينغتاو للطاقة استراتيجية مرحلية لتطوير بطاريات الحالة الصلبة. ويجمع الجيل الأول من المنتج بين الأكاسيد والبوليمرات، بينما يدمج الجيل الثاني بين الأكاسيد والهاليدات والبوليمرات. يسمح هذا النهج للشركة بتحسين أداء واستقرار بطارياتها تدريجيًا مع تقليل المخاطر التقنية.
فريق البحث والتطوير
ولدى الشركة فريق بحث وتطوير قوي يتألف من خبراء وعلماء من جامعة تسينغهوا وغيرها من المؤسسات الرائدة. ويتمتع هذا الفريق بخبرة واسعة في مجال علوم المواد وتكنولوجيا البطاريات، وهو يستكشف باستمرار مواد وتكنولوجيات جديدة لتحسين أداء بطاريات الحالة الجامدة.
تخطيط صناعي
(أ) قواعد الإنتاج
أنشأت تشينغتاو للطاقة قواعد إنتاج في مواقع متعددة، بما في ذلك كونشان وجيانغسو ؛ منغوليا الداخلية ؛ تشنغدو بيدو ؛ ييتشون، جيانغشي ؛ و تايتشو، تشجيانغ. وهذه القواعد مجهزة بمرافق وتكنولوجيات إنتاج متقدمة لضمان إنتاج عالي الجودة لبطاريات الحالة الجامدة.
(ب) شراكات سلسلة الإمدادات
وقد شكلت الشركة شراكات استراتيجية مع عدد من الموردين لضمان إمدادات مستقرة من المواد الخام والمكونات. على سبيل المثال، سانشيانغ للمواد الجديدة توفر مواد إلكتروليت الحالة الصلبة، شيانغفنغ هوا هو متعاون مع مواد القطب السلبي، وإيسبرينغ هو مورد مواد القطب الموجبة. تساعد هذه الشراكات تشينغتاو للطاقة على تحسين سلسلة إمدادها وتقليل تكاليف الإنتاج.
تعاون العملاء
أقامت شركة تشينغتاو للطاقة علاقات تعاون مع العديد من شركات صناعة السيارات الكبرى، بما في ذلك SAIC و BAIC و GAC. الشركة#39; تم اختبار وإقرار بطاريات الحالة الصلبة من قبل شركات صناعة السيارات هذه، ومن المتوقع أن يتم تجهيز بعض الطرازات بشركة تشينغتاو للطاقة#39;s بطاريات في المستقبل القريب. على وجه الخصوص، كان التعاون مع SAIC وثيق جدا، مع SAIC أصبحت أكبر مستثمر في تشينغتاو للطاقة من خلال جولات متعددة من مشاركة الصندوق.
بي ويلان للطاقة الجديدة
خلفية وتاريخ الشركة
تعد ويلان للطاقة الجديدة منصة التصنيع لتكنولوجيا بطاريات الحالة الصلبة لمختبر الطاقة النظيفة التابع لمعهد الفيزياء بأكاديمية العلوم الصينية. بمبادرة من خبراء مشهورين مثل تشين ليكوان، المعروف باسم " ؛ أول شخص في الصين#صناعة بطاريات الليثيوم )، تتمتع الشركة بخلفية بحثية علمية قوية وتلتزم بالبحث والتطوير في مجال بطاريات الليثيوم الجامدة بالكامل وإنتاجها.
الابتكارات التكنولوجية
(أ) حل الترسب في الموقع
وقد طورت شركة ويلان للطاقة الجديدة محلولاً للتصليد في الموقع لبطاريات الحالة الجامدة. تتضمن هذه التقنية حقن سائل للحفاظ على اتصال مادي جيد بين الإلكتروليت ومواد الإلكترود ومن ثم تحويل الإلكتروليت السائل إلى إلكتروليت صلب من خلال التفاعلات الكيميائية أو الكهروكيميائية. ويتناول هذا النهج قضايا مثل الجهد العالي والسلامة وتكوين دهانات الليثيوم والتوسع في الحجم وتحسين أداء وسلامة بطاريات الحالة الصلبة.
فريق البحث والتطوير
الشركة لديها فريق بحث وتطوير مؤهل تأهيلا عاليا مع خبرة في علوم المواد، الكيمياء الكهربائية، وهندسة البطاريات. ويعمل هذا الفريق باستمرار على تحسين تكنولوجيا وأداء بطاريات الحالة الجامدة من خلال الابتكار والتحسين.
تخطيط صناعي
(أ) قواعد الإنتاج
تمتلك ويلان للطاقة الجديدة قواعد إنتاج في مدينة ليانغ بجيانغسو ؛ هوتشو، تشجيانغ ؛ فانغشان، بكين ؛ و زيبو، شاندونغ. وهذه القواعد مصممة لتلبية الطلب المتزايد على بطاريات الحالة الجامدة وهي مجهزة بتكنولوجيات إنتاج متقدمة ونظم مراقبة الجودة.
(ب) شراكات سلسلة الإمدادات
تعاونت شركة ويلان للطاقة الجديدة مع عدد من الموردين الرئيسيين في صناعة البطاريات لضمان جودة واستقرار منتجاتها. فعلى سبيل المثال، تقوم شركة Easpring وشركة Ronbay بالتزويد بمواد كاثودية لبطارية الليثيوم ذات الحالة الجامدة، كما تقوم شركة Enjie بتبادل الأبحاث وتطوير أجهزة الفصل المطلية بالكهرباء ذات الحالة الجامدة. وتساعد هذه الشراكات شركة ويلان للطاقة الجديدة على بناء سلسلة إمداد قوية وتعزيز قدرتها التنافسية.
تعاون العملاء
تتعاون ويلان للطاقة الجديدة بشكل وثيق مع شركات سيارات الطاقة الجديدة مثل NIO و Geely و Xiaomy. الشركة#وسُلمت 39 بطارية من بطاريات الحالة الجامدة التابعة للمعهد الوطني للتكنولوجيا ويجري اختبارها وتقييمها من جانب شركات أخرى لصنع السيارات. بالإضافة إلى ذلك، شاركت جيلي وشياومي في الاستثمار في ويلان للطاقة الجديدة من خلال حقن رأس المال، ما يدل على ثقتهما بالشركة#تقنية 39;s وآفاق المستقبل.
V. مقارنة بين طاقة تشينغتاو وطاقة ويلان الجديدة
A. البحث العلمي الخلفية
تمتلك كل من تشينغتاو للطاقة وويلان للطاقة الجديدة خلفيات بحثية علمية قوية. تدعم تشينغتاو للطاقة جامعة تسينغهوا التي تشتهر بتميزها في علوم وهندسة المواد. من ناحية أخرى، تحظى ويلان للطاقة الجديدة بدعم معهد الفيزياء، الأكاديمية الصينية للعلوم، الذي يتمتع بتاريخ طويل من البحوث في مجال الطاقة والمواد. تقدم هذه المؤسسات البحثية العلمية دعما تقنيا قويا وموارد مواهب للشركتين، مما يمكنها من إجراء بحوث وتطوير متعمقة في مجال بطاريات الحالة الصلبة.
الطرق التكنولوجية
تشينغتاو للطاقة#39;s استراتيجية مرحلية
تشينغتاو للطاقة#39;s تطوير تدريجي الاستراتيجية تسمح بتحسين تدريجي في أداء البطارية مع تقليل المخاطر. ومن خلال البدء بمزيج من الأكاسيد والبوليمرات ثم دمج الهاليدات في الجيل الثاني، تستطيع الشركة استكشاف مواد وتقنيات مختلفة لتحسين أداء بطاريات الحالة الصلبة. كما يمنح هذا النهج الشركة المزيد من المرونة في الاستجابة لطلبات السوق والتحديات التكنولوجية.
(بالإنجليزية) (بالإنجليزية) Weilan New Energy's In-situ Solidification Solution
Weilan New Energy's في الموقع حل التصليد نهج فريد من نوعه يعالج بعض التحديات الرئيسية في تكنولوجيا البطاريات الجامدة. عن طريق تحويل الإلكتروليتات السائلة إلى إلكتروليتات صلبة من خلال التفاعلات الكيميائية أو الكهروكيميائية، فإن الشركة قادرة على تحسين سلامة وأداء بطارياتها مع الحفاظ على اتصال مادي جيد بين الإلكتروليتات ومواد الإلكترودات. وتنطوي هذه التكنولوجيا على إمكانية إحداث ثورة في عملية تصنيع بطاريات الحالة الجامدة ويمكن أن تؤدي إلى تخفيضات كبيرة في التكاليف وتحسينات في الأداء.
جيم -التخطيط الصناعي
القدرة الإنتاجية والمواقع
وقد أنشأت الشركتان قواعد إنتاج في مواقع متعددة لتلبية الطلب المتزايد على بطاريات الحالة الصلبة. تمتلك تشينغتاو للطاقة قواعد في مدينة كونشان بجيانغسو ؛ منغوليا الداخلية ؛ تشنغدو بيدو ؛ ييتشون، جيانغشي ؛ و تايتشو، تشجيانغ. تمتلك ويلان للطاقة الجديدة قواعد في مدينة ليانغ في جيانغسو ؛ هوتشو، تشجيانغ ؛ فانغشان، بكين ؛ و زيبو، شاندونغ. يتم اختيار مواقع هذه القواعد استراتيجيا للاستفادة من الموارد المحلية والأسواق والدعم الحكومي.
شراكات سلسلة الإمداد
وشكلت الشركتان شراكات استراتيجية مع موردين في صناعة البطاريات لضمان إمدادات مستقرة من المواد الخام والمكونات. تمتلك تشينغتاو للطاقة شراكات مع سانشيانغ للمواد الجديدة، شيانغفنغ هوا، إيسبرنغ، وانشون للمواد الجديدة، تسيجيانغ إنتربرايز، كوسين تكنولوجي، نانو تكنولوجي، سينوما. تمتلك ويلان للطاقة الجديدة شراكات مع Easpring، Ronbay Technology، Tianqi Lithium، Enjie shares، Polyt's subsidiary Haishida, Aojin, Defu Technology, and Sinoma. وتساعد هذه الشراكات الشركات على تحسين سلاسل التوريد الخاصة بها، وخفض التكاليف، وتحسين جودة المنتج.
د. تعاون العملاء
تشينغتاو للطاقة وصناعة السيارات
أقامت شركة تشينغتاو للطاقة علاقات تعاون مع العديد من شركات صناعة السيارات الكبرى، بما في ذلك SAIC و BAIC و GAC. الشركة#39; تم اختبار وإقرار بطاريات الحالة الصلبة من قبل شركات صناعة السيارات هذه، ومن المتوقع أن يتم تجهيز بعض الطرازات بشركة تشينغتاو للطاقة#39;s بطاريات في المستقبل القريب. التعاون مع SAIC وثيق بشكل خاص، مع SAIC تصبح أكبر مستثمر في تشينغتاو للطاقة من خلال جولات متعددة من المشاركة في الصندوق.
Weilan New Energy and New Energy Vehicle Companies
تتعاون ويلان للطاقة الجديدة بشكل وثيق مع شركات سيارات الطاقة الجديدة مثل NIO و Geely و Xiaomy. الشركة#وسُلمت 39 بطارية من بطاريات الحالة الجامدة التابعة للمعهد الوطني للتكنولوجيا ويجري اختبارها وتقييمها من جانب شركات أخرى لصنع السيارات. كما شاركت جيلي وشياومي في الاستثمار في ويلان للطاقة الجديدة من خلال ضخ رأس المال، مشيرا إلى ثقتهما في الشركة#تقنية 39;s وآفاق المستقبل.
التحدي الذي تواجهه الصين#39 -صناعة البطاريات الجامدة
الصعوبات التقنية
انتشار أيون الحالة الجامدة
ومن التحديات التقنية الرئيسية في تكنولوجيا البطاريات الجامدة مسألة انتشار الأيونات الجامدة. الكهرل الصلب عموما أقل الموصلية الأيونية مقارنة بالكهرل السائل، مما يمكن أن يؤدي إلى معدلات شحن وتفريغ أبطأ وانخفاض أداء البطارية. يعمل الباحثون على تطوير مواد وبنيات جديدة لتحسين الموصلية الأيونية للإلكتروليت الجامد والتغلب على هذا التحدي.
التوافق بين المواد الكهربائية والإلكتروليتات الجامدة
وهناك تحد آخر هو التوافق بين مواد الأقطاب والإلكتروليتات الحالة الصلبة. قد يكون لمواد الأقطاب المختلفة خصائص كيميائية وفيزيائية مختلفة، والتي يمكن أن تؤثر على تفاعلها مع الإلكتروليت الصلب. وهذا يمكن أن يؤدي إلى مشاكل مثل مقاومة واجهة، وضعف أداء الدراجات، وانخفاض عمر البطارية. إن إيجاد مواد مناسبة للأقطاب الكهربائية وتحسين الواجهة بين القطب والإلكتروليت أمر بالغ الأهمية لتحسين أداء واستقرار بطاريات الحالة الجامدة.
تعقيد عملية التصنيع
عملية تصنيع بطاريات الحالة الجامدة معقدة نسبيا مقارنة بالبطاريات التقليدية. ويرجع ذلك إلى الحاجة إلى المراقبة الدقيقة للمواد والعمليات لضمان جودة وأداء البطاريات. على سبيل المثال، غالباً ما يتطلب إعداد الإلكتروليت الصلب تلبيد بدرجات حرارة عالية أو عمليات معقدة أخرى، والتي يمكن أن تزيد من تكاليف الإنتاج وتقلل من كفاءة الإنتاج. ومن الضروري تطوير عمليات تصنيع أكثر كفاءة وقابلية للتطوير من أجل تسويق بطاريات الحالة الجامدة.
باء -مسائل التكاليف
وتشكل التكلفة المرتفعة لبطاريات الحالة الجامدة عقبة رئيسية أمام استخدامها على نطاق واسع. ويرجع ذلك أساسا إلى المواد باهظة الثمن وعمليات التصنيع المعقدة المعنية. فعلى سبيل المثال، فإن بعض المواد الرئيسية المستخدمة في بطاريات الحالة الجامدة، مثل الإلكتروليتات الصلبة ومواد الأقطاب المتقدمة، غالية جداً في الوقت الراهن. وبالإضافة إلى ذلك، تتطلب عملية تصنيع بطاريات الحالة الجامدة معدات وتكنولوجيات متخصصة، مما يسهم أيضا في ارتفاع التكلفة. إن خفض تكاليف بطاريات الحالة الصلبة من خلال الإبداع التكنولوجي ووفورات الحجم يشكل أهمية بالغة لاختراقها إلى الأسواق.
جيم -ضغوط المنافسة الدولية
إن سوق البطاريات الجامدة العالمية تتسم بمنافسة شديدة، حيث تتنافس أيضاً شركات من اليابان وكوريا الجنوبية والولايات المتحدة ودول أخرى على الزعامة. وتعمل شركات صناعة السيارات اليابانية مثل تويوتا، وهوندا، ونيسان بنشاط على البحث وتطوير بطاريات الحالة الصلبة بالكامل، كما أحرزت تقدماً ملموساً في هذا المجال. كما تستثمر شركات كورية جنوبية مثل إل جي نيو إنيرجي، وسك أون، وسامسونج إس دي آي بكثافة في تكنولوجيا البطاريات الجامدة. في الولايات المتحدة، هناك العديد من شركات البطاريات البادئة المدعومة بدعم أكاديمي قوي وشركاتي ورأسمالي. الصين#39;s صناعة البطاريات الجامدة تواجه منافسة شديدة من هذه اللاعبين الدوليين وتحتاج إلى تحسين تكنولوجيتها وقدرتها التنافسية باستمرار للحفاظ على مكانتها الرائدة في السوق العالمية.
السابع. خاتمة
الصين#39; تمر صناعة البطاريات الجامدة بمرحلة حرجة من التطور، مع وجود فرص وتحديات. تقدم المؤسسات الرائدة مثل تشينغتاو للطاقة وويلان للطاقة الجديدة مساهمات كبيرة في تطوير الصناعة من خلال الابتكار التكنولوجي والتخطيط الصناعي. بيد أن الصناعة تواجه أيضا صعوبات تقنية، ومسائل تتعلق بالتكاليف، وضغوط المنافسة الدولية. تحقيق التنمية المستدامة، الصين#39; في صناعة البطاريات الجامدة تحتاج إلى مواصلة تعزيز دعم السياسات، وتعزيز الابتكار التكنولوجي، وخفض التكاليف، وتعزيز الابتكار التعاوني. مع الجهود المشتركة من جميع الأطراف، الصين#39; من المتوقع أن تحقق صناعة البطاريات الجامد نجاحاً أكبر في المستقبل وأن تلعب دوراً هاماً في تعزيز التحول العالمي إلى الطاقة والنقل المستدامين.