في العدد الصادر حديثًا من مجلة نيتشر ، أشار مقال بعنوان "Tenyearslefttoredesignlithium-ionbatteries" إلى أن تطور أداء بطارية ليثيوم أيون والسعر يتباطأ. إذا لم نقم بزيادة الأبحاث على المواد الكهربائية القائمة على وفرة من الحديد والنحاس وغيرها من المواد ، فإن تطوير السيارات الكهربائية على نطاق واسع سيكون محدودًا.
تحتاج السيارات الكهربائية إلى بطاريات قوية وخفيفة الوزن وبأسعار معقولة ، وأفضل خيار هو بطاريات الليثيوم أيون التجارية - فهي صغيرة الحجم وثابتة نسبياً ، ولكنها لا تزال ضخمة ومكلفة للغاية ولا يمكن استخدامها على نطاق واسع.
عشرين عاما، ارتفع أداء بطاريات ليثيوم أيون قابلة للشحن بشكل مطرد. حجم السعة من الطاقة المخزنة في البطارية وأكثر من ثلاثة أضعاف، من 200 واط لكل لتر (ذوي الخوذات البيضاء 1) ارتفع إلى 700 واط (ذوي الخوذات البيضاء 1 ). خفض التكلفة 30 مرة، انخفض إلى حوالي 150 $ لكل كيلو واط ساعة، ولكن هذا لا يزال أعلى من 100 كيلو واط ساعة لكل دولار من أهداف القدرة على تحمل التكاليف التي وضعتها وزارة الطاقة الأمريكية للسيارات الكهربائية (50-100 كيلو واط ساعة) ل بطارية قوية بما فيه الكفاية، ولكن لا يزال يزن حوالي 600 كجم، يأخذ 500 لترا من الفضاء.
مع التكنولوجيا التقليدية نهج حدود الأساسية، فإن وتيرة التقدم التكنولوجي يتباطأ كمية الشحنة في بنية الفجوة الكريستال من المواد الكهربائي يمكن تخزينها على مقربة من نمو سوق الحد الأقصى النظري المتوقع لن تقلل إلى حد كبير أسعار - كان السوق الكبير .
حذر الباحثون من وجوب العثور على الكوبالت والنيكل وغيرها من بدائل المعادن النادرة في أقرب وقت ممكن لتلبية الطلب المتزايد على بطاريات السيارات الكهربائية ، حيث أن ندرتها ترفع الأسعار: في العامين الماضيين ، والكوبالت والنيكل وغيرها نادرة. وقد تضاعف سعر المعدن أربعة أضعاف من 22 دولارًا لكل كيلوغرام إلى 81 دولارًا للكيلوغرام الواحد ، ويحث العلماء والمهندسون على تطوير معادن رخيصة ، مثل الحديد والنحاس ، مع قيام المصنعين بتخفيض الزوايا وانتهاك اللوائح البيئية والسلامة. البدائل المحتملة.
ويقول الباحثون إن بطاريات أيونات الليثيوم تعمل عن طريق تحريك أيونات الليثيوم بين القطبين الكهربائيين ، كما أن تيار التفريغ الأيوني من الأنود إلى القطب السالب يوفر الطاقة للسيارة ، وعندما يتم شحن البطارية ، سوف تنخفض أيونات الليثيوم.
في البطاريات التجارية المستخدمة اليوم للسيارات الكهربائية، يتم تخزين أيونات الليثيوم في البلورة التي تشكل القطب الفجوة الدقيقة (وهو ما يسمى بلورات إقحام القطب). وعادة ما يتكون الأنود من الغرافيت، ويتكون الكاثود من أكسيد المعادن المواد المستخدمة في الأقطاب الكهربائية ، وخاصة المعادن النادرة مثل الكوبالت والنيكل ، نادرة ومكلفة.
في رأينا، فإن البديل الأكثر وعدا هو استخدام مواد التحويل في القطب. والنحاس، والحديد، والفلورايد، وأيونات الليثيوم تتفاعل مع السيليكون. تحويل المعادن الانتقالية في الكاثود يمكن أن تستوعب الكاثود 6 مرات أكثر من ذرات الليثيوم القياسية تتوسع هذه المادة أكثر ويمكنها حمل المزيد من ذرات الليثيوم.
إذا لم يكن هناك أي تغيير ، فإن الطلب سيتجاوز الإنتاج خلال 20 عامًا ، ونتوقع أن يرتفع سعر الكوبالت بحلول عام 2030 ، وسوف يرتفع سعر النيكل في عام 2037 أو في وقت سابق.
تتوقع شركات صناعة السيارات والحكومة إنتاج ما بين 10 إلى 20 مليون سيارة كهربائية في العام بحلول عام 2025. إذا كانت كل بطارية سيارة تتطلب 10 كيلوغرامات من الكوبالت ، بحلول عام 2025 ، تحتاج السيارات الكهربائية إلى 100000 إلى 200000 طن من الكوبالت سنويا. - هذا هو الغالبية العظمى من الإنتاج العالمي الحالي ، وبالمثل ، هناك حاجة إلى 400،000 - 800،000 طن من النيكل كل عام ، وهو ما يمثل 20-40 ٪ من المعادن المستخدمة اليوم.عندما يتم تحويل الشاحنات والحافلات والطائرات والقوارب إلى طاقة البطارية ، فإنها تحتاج إلى المزيد المزيد من الكهرباء.
بحلول عام 2050 ، سيتطلب إنتاج ما بين 50 و 80 مليون سيارة كهربائية في السنة 500،000 إلى 800،000 طن من الكوبالت ، وبحلول عام 2030 ، سيزيد هذا عن طاقة التعدين الحالية ، وبالمثل ، بحلول عام 2050 ، سيكون الطلب على النيكل زيادة 2-3 مرات بحلول منتصف الثلاثينيات ، سيكون نقص النيكل واضحًا.
إعادة التدوير لا يمكن أن تعيد تزويد المواد ، فبطاريات الليثيوم أيون لها عمر خدمة يتراوح بين 15 و 20 سنة ، وهو ما يعادل ثلاثة أضعاف حياة بطاريات الرصاص الحمضية خلال 5-7 سنوات ، وقد تقوم المصافي بإنتاج خامات ذات نوعية رديئة ، خاصة في حالة ارتفاع الأسعار. لكن ارتفاع تكاليف المعالجة سيؤدي إلى ارتفاع الأسعار ، فبعد أن تصل ذروتها إلى العرض ، نقدر أن سعر بطاريات السيارات الكهربائية قد يرتفع بأكثر من 1000 دولار ، وإذا تم تصنيع الكاثود بمعدن أقل ، فقد تتأخر "قمم الكوبالت" لبضع سنوات. ومع ذلك ، فإن مواد الكاثود التي تستخدم كميات أقل من الكوبالت هي قيد التطوير ، وهي تتحلل بشكل أسرع وتتطلب استبدالًا أكثر تكرارًا.
