01 – يُظهر فوسفات الحديد الليثيوم اتجاهًا تصاعديًا

تتميز بطاريات الليثيوم بصغر حجمها وخفة وزنها وسرعة شحنها ومتانتها، ويتضح ذلك من خلال استخدامها في بطاريات الهواتف المحمولة وبطاريات السيارات. ومن أبرز أنواع بطاريات الليثيوم حاليًا بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم وبطاريات المواد الثلاثية.

لأسباب تتعلق بمتطلبات السلامة، في مجال سيارات الركاب والمركبات ذات الأغراض الخاصة، يُستخدم على نطاق واسع بطارية الليثيوم فوسفات الحديد، التي تتميز بتكلفتها المنخفضة وتقنيتها الأكثر نضجًا وأمانًا. كما تُستخدم بطارية الليثيوم الثلاثية، ذات الطاقة النوعية العالية، على نطاق واسع في سيارات الركاب. وفي مجموعة جديدة من الإعلانات، ارتفعت نسبة بطاريات الليثيوم فوسفات الحديد في سيارات الركاب من أقل من 20% إلى حوالي 30%.

يُعدّ فوسفات حديد الليثيوم (LiFePO4) أحد مواد الكاثود الشائعة الاستخدام في بطاريات الليثيوم أيون. يتميز بثبات حراري جيد، وانخفاض امتصاص الرطوبة، وأداء ممتاز في دورات الشحن والتفريغ عند الشحن الكامل. وهو محور اهتمام البحث والتطوير والإنتاج في مجال بطاريات الليثيوم أيون لتخزين الطاقة. مع ذلك، ونظرًا لمحدودية بنيته، تعاني بطاريات الليثيوم أيون التي تستخدم فوسفات حديد الليثيوم كمادة قطب موجب من ضعف التوصيلية، وبطء انتشار أيونات الليثيوم، وضعف أداء التفريغ في درجات الحرارة المنخفضة. وينتج عن ذلك انخفاض مدى سير المركبات الأولى المجهزة ببطاريات فوسفات حديد الليثيوم، لا سيما في ظروف درجات الحرارة المنخفضة.

سعياً لتحقيق نقلة نوعية في مدى سير المركبات، لا سيما بعد أن فرضت سياسة دعم مركبات الطاقة الجديدة متطلبات أعلى فيما يتعلق بمدى سيرها وكثافة طاقتها واستهلاكها للطاقة وغيرها، ورغم سيطرة بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم على السوق سابقاً، إلا أن بطاريات الليثيوم الثلاثية ذات الكثافة الطاقية الأعلى أصبحت تدريجياً الخيار السائد في سوق مركبات الركاب العاملة بالطاقة الجديدة. ويتضح من آخر إعلان أنه على الرغم من انتعاش حصة بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم في سوق مركبات الركاب، إلا أن حصة بطاريات الليثيوم الثلاثية لا تزال عند حوالي 70%.

02 – السلامة هي الميزة الأكبر

تُستخدم سبائك النيكل والكوبالت والألومنيوم أو النيكل والكوبالت والمنغنيز عادةً كمواد أنودية لبطاريات الليثيوم الثلاثية، إلا أن النشاط العالي لهذه المواد لا يُوفر كثافة طاقة عالية فحسب، بل يُشكل أيضًا مخاطر أمنية كبيرة. تُشير إحصاءات غير مكتملة إلى أن عدد حوادث الاشتعال الذاتي لمركبات الطاقة الجديدة في عام 2019 كان أعلى بـ 14 ضعفًا من عددها في عام 2018، وقد شهدت علامات تجارية مثل تسلا، وويلاي، وبايك، ووييما سلسلة من حوادث الاشتعال الذاتي.

يتضح من الحادث أن الحريق يندلع غالبًا أثناء عملية الشحن أو بعدها مباشرة، نظرًا لارتفاع درجة حرارة البطارية خلال التشغيل لفترات طويلة. فعندما تتجاوز درجة حرارة بطارية الليثيوم الثلاثية 200 درجة مئوية، يتحلل القطب الموجب بسهولة، ويؤدي تفاعل الأكسدة إلى ارتفاع سريع في درجة الحرارة واحتراق عنيف. أما فوسفات حديد الليثيوم، فيتميز ببنية الأوليفين التي تمنحه استقرارًا حراريًا عاليًا، حيث تصل درجة حرارة ارتفاع درجة الحرارة فيه إلى 800 درجة مئوية، مع إنتاج غازات أقل، مما يجعله أكثر أمانًا نسبيًا. ولهذا السبب، وبناءً على اعتبارات السلامة، تستخدم حافلات الطاقة الجديدة عمومًا بطاريات فوسفات حديد الليثيوم، بينما لا يُسمح مؤقتًا لحافلات الطاقة الجديدة التي تستخدم بطاريات الليثيوم الثلاثية بالانضمام إلى قائمة مركبات الطاقة الجديدة للترويج والتطبيق.

اعتمدت سيارتان كهربائيتان من شركة شانجان أوشان مؤخرًا بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم، وهو ما يختلف عن شركات السيارات الأخرى التي تركز على السيارات العادية. الطرازان هما سيارة رياضية متعددة الاستخدامات (SUV) وسيارة متعددة الأغراض (MPV). وصرح شيونغ زيوي، نائب المدير العام لمعهد أبحاث شانجان أوشان، للمراسل قائلاً: "هذا يُشير إلى دخول أوشان رسميًا عصر الطاقة الكهربائية بعد عامين من الجهود".

أما عن سبب استخدام بطارية فوسفات الحديد الليثيوم، فقد أوضح شيونغ أن سلامة مركبات الطاقة الجديدة لطالما كانت من أبرز التحديات التي تواجه المستخدمين، فضلاً عن كونها مصدر قلق بالغ للشركات. وبناءً على ذلك، اجتازت حزمة بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم المستخدمة في السيارة الجديدة اختبارات صارمة شملت التسخين باللهب عند درجة حرارة تزيد عن 1300 درجة مئوية، والتعرض لدرجات حرارة منخفضة تصل إلى -20 درجة مئوية، والتعرض لمحلول ملحي بنسبة 3.5%، والتعرض لضغط خارجي يصل إلى 11 كيلو نيوتن، وغيرها، محققةً بذلك معيار "الحماية الكاملة" الذي يضمن سلامة البطارية في جميع الظروف: مقاومة الحرارة، ومقاومة البرودة، ومقاومة الماء، ومقاومة الصدمات.

بحسب التقارير، زُودت سيارة شانجان أوشان x7ev بمحرك متزامن ذي مغناطيس دائم بقوة قصوى تبلغ 150 كيلوواط، ويبلغ مداها أكثر من 405 كيلومترات، وبطارية فائقة العمر قابلة لإعادة الشحن 3000 مرة. في درجة الحرارة العادية، يكفي شحنها لمدة نصف ساعة فقط لقطع مسافة تزيد عن 300 كيلومتر. وأضاف شيونغ: "في الواقع، بفضل نظام استعادة طاقة الكبح، يمكن أن يصل مدى السيارة إلى حوالي 420 كيلومترًا في ظروف القيادة داخل المدن".

وفقًا لخطة تطوير صناعة مركبات الطاقة الجديدة (2021-2035) (مسودة للتعليقات) الصادرة عن وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات، ستشكل مبيعات مركبات الطاقة الجديدة حوالي 25% بحلول عام 2025. ويتضح من ذلك أن نسبة مركبات الطاقة الجديدة ستستمر في الارتفاع مستقبلًا. وفي هذا السياق، تُسرّع شركات تصنيع السيارات التقليدية، بما فيها شركة تشانغآن للسيارات، من وتيرة توسعها في سوق مركبات الطاقة الجديدة.