تُعتبر بطارية الطاقة بمثابة قلب السيارة الكهربائية؛ إذ أصبحت خصائصها من حيث العلامة التجارية والمادة المصنعة والسعة وأداء السلامة وغيرها، معايير أساسية لتقييم السيارة الكهربائية. وتُشكل تكلفة البطارية حاليًا ما بين 30% و40% من إجمالي تكلفة السيارة، ما يجعلها من الملحقات الأساسية.
تُصنّف بطاريات الطاقة الرئيسية المستخدمة حاليًا في السيارات الكهربائية المتوفرة في السوق إلى نوعين رئيسيين: بطاريات الليثيوم الثلاثية وبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم. فيما يلي، سأستعرض بإيجاز الاختلافات بين هذين النوعين من البطاريات، بالإضافة إلى مزاياهما وعيوبهما:
1. مواد مختلفة:
إن السبب وراء تسميته "الليثيوم الثلاثي" و "فوسفات حديد الليثيوم" يشير بشكل أساسي إلى العناصر الكيميائية "لمادة القطب الموجب" لبطارية الطاقة؛
"الليثيوم الثلاثي":
تستخدم مادة الكاثود مادةً ثلاثيةً من الليثيوم والنيكل والكوبالت والمنغنيز (Li(NiCoMn)O2) في بطاريات الليثيوم. تجمع هذه المادة بين مزايا أكسيد الليثيوم والكوبالت، وأكسيد الليثيوم والنيكل، ومنغنيتات الليثيوم، لتشكل نظامًا يوتكتيكيًا ثلاثي الأطوار من هذه المواد الثلاث. وبفضل التأثير التآزري الثلاثي، يتفوق أداؤها الشامل على أي مركب أحادي التركيب.
"فوسفات الحديد الليثيوم":
يشير هذا إلى بطاريات الليثيوم أيون التي تستخدم فوسفات حديد الليثيوم كمادة للكاثود. وتتميز هذه البطاريات بأنها لا تحتوي على عناصر معدنية ثمينة مثل الكوبالت، كما أن سعر المواد الخام منخفض، وموارد الفوسفور والحديد وفيرة في الأرض، مما يضمن عدم وجود مشاكل في الإمداد.
ملخص
تُعدّ مواد الليثيوم الثلاثية نادرة، وتزداد ندرتها مع التطور السريع للسيارات الكهربائية. أسعارها مرتفعة، وتُقيّد بشدة بتوفر المواد الخام الأولية. هذه سمة من سمات الليثيوم الثلاثي في الوقت الراهن.
تُعدّ بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم أرخص من بطاريات الليثيوم الثلاثية، وذلك لأنها تستخدم نسبة أقل من المعادن النادرة/الثمينة، وتعتمد بشكل أساسي على الحديد الرخيص والمتوفر بكثرة، كما أنها أقل تأثراً بالمواد الخام المستخدمة في مراحل الإنتاج الأولية. هذه هي سماتها المميزة.
2. كثافات طاقة مختلفة:
بطارية الليثيوم الثلاثية: نظرًا لاستخدام عناصر معدنية أكثر نشاطًا، فإن كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم الثلاثية الشائعة تتراوح عمومًا بين (140 واط/كجم ~ 160 واط/كجم)، وهي أقل من كثافة الطاقة للبطاريات الثلاثية ذات نسبة النيكل العالية (160 واط/كجم).~180 واط/كجم)؛ يمكن أن تصل كثافة الطاقة لبعض الأوزان إلى 180 واط-240 واط/كجم.
"فوسفات الحديد الليثيوم": تبلغ كثافة الطاقة بشكل عام 90-110 واط/كجم؛ بعض بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم المبتكرة، مثل بطاريات الشفرة، لديها كثافة طاقة تصل إلى 120 واط/كجم-140 واط/كجم.
ملخص
تتمثل أكبر ميزة لـ "بطارية الليثيوم الثلاثية" مقارنة بـ "بطارية فوسفات الحديد الليثيوم" في كثافة الطاقة العالية وسرعة الشحن السريعة.
3. القدرة على التكيف مع درجات حرارة مختلفة:
مقاومة درجات الحرارة المنخفضة:
بطارية الليثيوم الثلاثية: تتميز بطارية الليثيوم الثلاثية بأداء ممتاز في درجات الحرارة المنخفضة، ويمكنها الحفاظ على حوالي 70% إلى 80% من سعة البطارية العادية عند درجة حرارة -20 درجة مئوية.°C.
فوسفات حديد الليثيوم: غير مقاوم لدرجات الحرارة المنخفضة: عندما تكون درجة الحرارة أقل من -10°C,
تتلف بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم بسرعة كبيرة. لا تستطيع هذه البطاريات الحفاظ إلا على ما يقارب 50% إلى 60% من سعتها الأصلية عند درجة حرارة -20 درجة مئوية.°C.
ملخص
يوجد فرق كبير في القدرة على التكيف مع درجات الحرارة بين "بطارية الليثيوم الثلاثية" و"فوسفات حديد الليثيوم"؛ "فوسفات حديد الليثيوم" أكثر مقاومة لدرجات الحرارة العالية؛ وبطارية "الليثيوم الثلاثية" المقاومة لدرجات الحرارة المنخفضة تتمتع بعمر بطارية أفضل في المناطق الشمالية أو في فصل الشتاء.
4. اختلاف متوسط العمر المتوقع:
إذا تم استخدام نسبة السعة المتبقية إلى السعة الأولية = 80% كنقطة نهاية للاختبار، فقم بالاختبار التالي:
تتميز بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم بعمر أطول من بطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات الليثيوم الثلاثية. يبلغ العمر الافتراضي لبطاريات الرصاص الحمضية المستخدمة في المركبات حوالي 300 دورة شحن فقط؛ بينما يمكن لبطارية الليثيوم الثلاثية نظريًا أن تدوم حتى 2000 دورة، ولكن في الاستخدام الفعلي، تنخفض سعتها إلى 60% بعد حوالي 1000 دورة؛ أما بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم، فيبلغ عمرها الافتراضي 2000 دورة، مع احتفاظها بنسبة 95% من سعتها، ويصل عمرها الافتراضي النظري إلى أكثر من 3000 دورة.
ملخص
تُعدّ بطاريات الطاقة ذروة التكنولوجيا في عالم البطاريات. يتميز كلا نوعي بطاريات الليثيوم بمتانة عالية نسبيًا. نظريًا، يبلغ العمر الافتراضي لبطارية الليثيوم الثلاثية 2000 دورة شحن وتفريغ. حتى لو شحنناها مرة واحدة يوميًا، يمكن أن تدوم لأكثر من خمس سنوات.
5. الأسعار مختلفة:
بما أن بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم لا تحتوي على معادن ثمينة، فإن تكلفة المواد الخام فيها منخفضة للغاية. أما بطاريات الليثيوم الثلاثية فتستخدم منغنيز الليثيوم والنيكل والكوبالت كمادة للقطب الموجب، والجرافيت كمادة للقطب السالب، لذا فإن تكلفتها أعلى بكثير من بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم.
تستخدم بطارية الليثيوم الثلاثية بشكل أساسي مادة الكاثود الثلاثية "ليثيوم نيكل كوبالت منغنيز" أو "ليثيوم نيكل كوبالت ألومينات" كقطب موجب، وتعتمد بشكل رئيسي على أملاح النيكل والكوبالت والمنغنيز كمواد خام. يُعد عنصر الكوبالت في هاتين المادتين معدنًا ثمينًا. ووفقًا لبيانات من مواقع إلكترونية متخصصة، يبلغ سعر الكوبالت في السوق المحلية 413,000 يوان/طن، ويستمر في الارتفاع مع انخفاض أسعار المواد. حاليًا، تتراوح تكلفة بطاريات الليثيوم الثلاثية بين 0.85 و1 يوان/واط ساعة، وهي في ازدياد مستمر مع ارتفاع الطلب في السوق؛ بينما تبلغ تكلفة بطاريات فوسفات حديد الليثيوم، التي لا تحتوي على عناصر معدنية ثمينة، حوالي 0.58 إلى 0.6 يوان/واط ساعة.
ملخص
بما أن "فوسفات الحديد الليثيوم" لا يحتوي على معادن ثمينة مثل الكوبالت، فإن سعره لا يتجاوز 0.5-0.7 ضعف سعر بطاريات الليثيوم الثلاثية؛ ويُعد السعر المنخفض ميزة رئيسية لفوسفات الحديد الليثيوم.
لخص
إن السبب وراء ازدهار السيارات الكهربائية في السنوات الأخيرة وتمثيلها للاتجاه المستقبلي لتطوير السيارات، مما يمنح المستهلكين تجربة أفضل بشكل متزايد، يرجع إلى حد كبير إلى التطور المستمر لتكنولوجيا بطاريات الطاقة.
تاريخ النشر: 28 أكتوبر 2023
