اولین سری از مجموعه‌های سه قسمتی باتری ها به بررسی بزرگترین تولید کننده CATL در جهان و چگونگی اشغال اوج یک انقلاب تکنولوژیکی برای جمع آوری سلولهای ارزان تر و با دوام تر برای تامین قدرت خودروهای برقی می پردازد.
نینگده در استان فوجیان در جنوب شرقی چین که عمدتا به مزارع چای معروف است، به ندرت در محافل خودرو یا صنعت فناوری مطرح شده است.
اما در روز جمعه بارانی در اواخر ماه مه، این شهر که کمتر از ۳ میلیون نفر جمعیت دارد، به مرکز پیشرفت بزرگ فناوری تبدیل شد، جایی که می‌تواند عرضه باتری‌های جهان را متزلزل کند و چین را از نظر تکنولوژیکی و رقابتی در زمینه تامین ارزان و بادوام مطرح کند.
رابین زنگ یوکون، بنیانگذار و رئیس شرکت فناوری Amperex (CATL) فاش کرد که بزرگترین تولید کننده بسته‌های باتری خودروهای برقی در زمینه تولید باتری‌هایی با یون سدیم پیشرفت‌هایی داشته است. دو ماه بعد، CATL از اولین نسل باتری‌های سدیم-یون خود رونمایی کرد و راه حلی برای ترکیب بسته‌های اصلی لیتیوم یون با فناوری جایگزین در بسته‌های جدید برای بهینه سازی عملکرد ارائه کرد.
“زنگ” در ادامه افزود: برخی از افراد گفته‌اند که دستیابی به موفقیت در شیمی باتری‌ها سخت خواهد بود، و پیشرفت فقط در ساختار فیزیکی آنها امکان پذیر است. ما به طور مداوم تکامل یافته و باتری‌های سدیم-یون را قادر کردیم وارد مسیر سریع صنعتی شدن شوند.
بیشتر باتری‌های NEV – از باتری‌هایی که توسط CATL مونتاژ شده تا بسته‌های تولید شده توسط پاناسونیک و سامسونگ – از لیتیوم و کبالت به عنوان مواد اولیه اصلی استفاده می‌کنند که هر دو در تعداد کمی از کشورها متمرکز شده‌اند.
بر اساس گزارش سازمان زمین شناسی آمریکا، ذخایر لیتیوم جهان در سال ۲۰۲۰ به ۲۱ میلیون تن رسید که ۴۴ درصد آن در شیلی، ۲۲ درصد در استرالیا، ۹ درصد در آرژانتین و ۷ درصد در چین بود. در همین حال، استرالیا تقریبا نیمی از تولید را به خود اختصاص داده است، در حالی که چین – بزرگترین بازار NEV در جهان – حدود ۸۰ درصد از نیازهای صنعت را وارد کرده است.
پیش بینی شرکت تحقیقاتی انرژی Rystad Energy نشان می‌دهد با توجه به افزایش تقاضا برای بسته‌های باتری ، به دلیل محبوبیت و افزایش تولید خودروهای برقی، عرضه لیتیوم در جهان تا سال ۲۰۲۷ به سمت “کسری شدید عرضه” پیش می‌رود که می‌تواند تولید ۳٫۳ میلیون دستگاه NEV را در آن سال با مشکل مواجه کند.
ذخایر جهانی کبالت ۷٫۱ میلیون تن است که نیمی از آن در جمهوری دموکراتیک کنگو است که ۶۸ درصد از تولید جهانی را نیز به خود اختصاص داد. در مقابل، سدیم به آسانی یافت می‌شود و تقریباً تمام نشدنی است.
بر اساس اعلام موسسه رتبه بندی Fitch Ratings، فروش جهانی خودروهای برقی در سال گذشته به ۳٫۱ میلیون دستگاه رسید که نسبت به سال ۲۰۱۹ میلادی بیش از ۳۰ درصد افزایش یافته است. انتظار می‌رود این خودروها تا سال ۲۰۴۰ میلادی بیش از ۴۵ درصد از بازار جهانی خودرو را تشکیل دهند در حالی که این رقم در سال گذشته ۴ درصد بوده است.
با توجه به محبوبیت خودروهای برقی در کنار تلاش برای جایگزینی سوخت‌های فسیلی با انرژی‌های تجدیدپذیر در تولید برق از طریق شبکه در میان تلاش جهانی برای کربن زدایی به‌منظور مبارزه با تغییرات آب و هوایی، تقاضا برای فلزات مورد نیاز برای تولید باتری همچنان افزایش می‌یابد.
قیمت لیتیوم هیدروکسید و کربنات لیتیوم هر دو بیش از سه برابر افزایش یافته و به بیش از ۱۶۰ هزار یوان (۲۴،۸۵۰ دلار آمریکا) در تن رسیده است.
خودروسازان جهانی و تولیدکنندگان باتری در مواجهه با کمبودهای فزاینده به دنبال جایگزینی برای باتری‌های لیتیوم یون غالب هستند.
علاوه بر یون سدیم، یک فناوری در حال ظهور دیگر باتری‌های حالت جامد است که برخلاف باتری‌های مایع لیتیوم یونی از الکترولیت‌های جامد استفاده می‌کنند. در حالی که هر دو ایمنی بالاتری نسبت به باتری‌های لیتیوم یونی دارند که در دمای بالا مستعد آتش گرفتن هستند، اما هزینه‌ها همچنان مانعی برای تجاری سازی باتری‌های حالت جامد هستند، زیرا کارشناسان می‌گویند برای تولید انبوه هنوز چندین سال فاصله داریم.
باتری‌های سدیم-یون همچنین دارای مزیت شارژ سریع و عملکرد بالاتر در دماهای پایین در مقایسه با باتری‌های یون لیتیوم هستند.
CATL ادعا کرد که باتری سدیم نسل اول خود را می‌توان در دمای اتاق در مدت ۱۵ دقیقه تا ۸۰ درصد ظرفیت شارژ کرد. به گفته این شرکت، این باتری در دمای منفی ۲۰ درجه سانتیگراد، پس از شارژ کامل، کمتر از ۱۰ درصد انرژی خود را از دست می‌دهد.
این محدوده قابل مقایسه با باتری‌های لیتیوم آهن فسفات (LFP) است، یکی از دو نوع اصلی باتری‌های لیتیوم یونی. NCM، محصول دیگری که از نیکل، منگنز و کبالت در نسبت‌های مختلف استفاده می‌کند، دارای ظرفیت بالاتری از ۲۴۰ وات ساعت تا ۳۵۰ وات ساعت بر کیلوگرم است.
خودروهای تسلا که از باتری‌های LFP و NCA (آلومینیوم نیکل کبالت) استفاده می‌کنند، می‌توانند در ۱۵ دقیقه در برخی از ایستگاه‌های شارژ سریع شارژ شوند و برد آنها ۲۰۰ مایل (۳۲۰ کیلومتر) است، اما شارژ معمولی تنها ۴۴ مایل برد در ساعت را شارژ می‌کند.
CATL اعلام کرد که قصد دارد تا سال ۲۰۲۳ یک “زنجیره صنعتی اساسی” ایجاد کند و از تامین کنندگان، مشتریان و موسسات تحقیقاتی دعوت می‌کند تا “به طور مشترک ارتقاء و توسعه باتری‌های سدیم را تسریع کنند”. اگرچه هیچ برآورد هزینه‌ای ارائه نکرده است، CATL در ماه آگوست اعلام کرد که قصد دارد ۵۸٫۲ میلیارد یوان را از طریق سهام اختصاصی برای تأمین هزینه ساخت کارخانه‌های تولید باتری جدید سرمایه گذاری کند.
با این حال، این شرکت به احتمال زیاد از برخی حمایت‌های دولتی بهره‌مند می‌شود. وزارت صنعت و فناوری اطلاعات در اواخر ماه آگوست اعلام کرد که برای کمک به تسریع تجاری سازی آنها، از این سیاست حمایت می‌کند، به عنوان بخشی از تلاش‌های کلی برای کمک به کشور به‌منظور دستیابی به هدف دوگانه خود یعنی حداکثر انتشار دی اکسید کربن قبل از سال ۲۰۳۰ و به صفر رساندن انتشار کربن تا سال ۲۰۶۰٫
یون سدیم همچنین یکی از فناوری‌های جدید تولید باتری است که برای حمایت از کمیسیون توسعه و اصلاحات ملی، بزرگترین آژانس برنامه ریزی اقتصادی چین در نظر گرفته شده است. توسعه سریع‌تر ذخیره انرژی بخشی از استراتژی کشور برای افزایش امنیت انرژی و دستیابی به کربن زدایی است.
با این حال، تحلیلگران می‌گویند سال‌ها طول می‌کشد تا باتری‌های سدیم یونیک تجاری شوند، در حالی که مشتریان بالقوه منتظر پیشرفت و جزئیات بیشتر هستند.
مطمئناً، حتی اگر فناوری یون سدیم نوید باتری‌های ارزان‌تری را در آینده بدهد، عملکرد و زمان عرضه انبوه آنها در بازار، ناشناخته باقی می‌ماند. ظرفیت ذخیره انرژی پایین‌تر آنها همچنین می‌تواند به اجزای دیگر باتری برای دستیابی به عملکرد مشابه نیاز داشته باشد و هزینه‌ها را افزایش دهد.
در حالی که با افزایش مقیاس تولید، این عوامل در نهایت با صرفه جویی در هزینه‌ها کاهش می‌یابد، تحلیلگران در مورد مناسب بودن باتری‌های سدیم یون برای خودروهای برقی شک و تردید دارند.
نکته‌ای که در مورد باتری‌های یون سدیم وجود دارد این است که قطعاً نسبت به افزایش هزینه‌های فلز- که نگرانی اصلی سازندگان باتری لیتیوم است- به دلیل در دسترس بودن سدیم، حساسیت کمتری خواهد داشت.
اگر قیمت هر یک از مواد اصلی باتری ۱۰ درصد افزایش یابد، هزینه مواد باتری‌های سدیم یون تنها ۰٫۸ درصد افزایش می‌یابد که بسیار کمتر از ۳٫۲ درصد برای باتری‌های LFP و ۴٫۶ درصد برای باتری‌های NCM است.
محققان باتری‌های یون سدیم را یک محصول فوق العاده می‌دانند که سهم برخی از باتری‌های LFP در بازارهای EV و سیستم‌های ذخیره انرژی را از بین می‌برد و تا ۲۰۳۰ به فروش ۲۰ گیگاوات ساعت می‌رسد.
تحلیلگران Founder Securities چشم انداز بهتری دارند و پیش بینی می‌کنند که ۳۳GWh باتری‌های سدیم-یون در ماشین‌های کوچک و ۲۰۵GWh در سیستم‌های ذخیره انرژی تا سال ۲۰۲۵ مستقر شوند.
طبق پیش بینی S&P Global Market Intelligence، این پیش بینی‌ها در تضاد شدید با ظرفیت تولید جهانی باتری لیتیوم-یونی است که ممکن است تا سال ۲۰۲۵ از ۷۰۶GWh به ۱٫۴۴۷GWh برسد.
CATL در ابتدا به عنوان یک تولید کننده مجاز در سال ۲۰۱۱، قبل از توسعه فناوری خود، شروع به کار کرد. CATL به لطف رونق جهانیNEV ، به سرعت تولید خود را از فوجیان به چهار استان دیگر چین – چینگهای، سیچوان، گوانگدونگ و جیانگ سو گسترش داد. این شرکت در اولین کارخانه خود در آلمان در سال جاری تولید خود را آغاز کرد و پنج سال قبل از آن یک مرکز تحقیقاتی در مونیخ افتتاح کرد.
CATL تنها شرکتی نیست که در حال کشف فناوری یون سدیم در چین است. در سال ۲۰۱۷، HiNa Battery Technology، انشعابی از موسسه فیزیک آکادمی علوم چین، اولین شرکت چینی بود که به بررسی این فناوری پرداخت.
HiNa مستقر در جیانگ سو محصول اولیه خود را در یک ماشین کوچک الکتریکی کوچک با سرعت بالا در سال ۲۰۱۸ به نمایش گذاشت. هدف آن ایجاد یک جایگزین رقابتی‌تر برای باتری سرب اسید آلوده کننده است که در ۹۰ درصد از چنین خودروهایی بیشتر در مناطق روستایی استفاده می‌شود. چگالی انرژی باتری به ۱۴۵ وات ساعت بر کیلوگرم رسید که بیش از پنج برابر باتری‌های سربی اسیدی است.
بر اساس گزارش Founder Securities، شفیلد، فارادیون مستقر در بریتانیا- که یک دهه پیش تأسیس شد-اولین شرکت جهان بود که به توسعه باتری‌های سدیم-یون پرداخت.
این نشان دهنده استفاده از باتری‌های سدیم-یون در حمل و نقل کم هزینه مانند دوچرخه برقی و اسکوتر است.
یک سال پیش، استارتاپ Natron Energy مستقر در کالیفرنیا یک بسته باتری به اندازه جعبه پیتزا برای استفاده در مراکز داده و شرکت‌های مخابراتی راه اندازی کرد، اما آنها هنوز محصولی را برای خودروهای برقی تجاری نکرده‌اند.
