القصة التالية هي الأولى من سلسلة مكونة من جزأين وتتناول حدود الابتكار في بطاريات الليثيوم أيون. سيكشف الجزء الثاني من السلسلة عن مستقبل كيمياء البطاريات خلال العقد القادم.
كانت بطاريات الليثيوم أيون السائدة، التي تقود الآن سوقًا سريعة التوسع للسيارات الكهربائية، عرضًا باهظ الثمن قبل عقد من الزمن فقط. بلغت تكلفة حزم بطاريات الليثيوم أيون 1,183 دولارًا أمريكيًا لكل كيلوواط ساعة في عام 2010؛ وبعد تسع سنوات، انخفض السعر بمقدار عشرة أضعاف تقريبًا ليصل إلى 156 دولارًا أمريكيًا للكيلوواط ساعة في عام 2019، وفقًا لبيانات بلومبرج إن إي إف.
وقد فاجأت وتيرة انخفاض التكلفة خبراء البطاريات، بما في ذلك المحلل جيمس فريث، رئيس تخزين الطاقة في BloombergNEF. وقال فريث: "لقد انخفضت بشكل أسرع مما كنت أتوقعه كل عام". "وهذا أمر مفاجئ بالتأكيد."
وتوافق على ذلك ريبيكا سييز، زميلة ما بعد الدكتوراه في مركز أندلينجر للطاقة والبيئة بجامعة برينستون، والتي تبحث في تكاليف البطاريات. وقال سييز: "إن الانخفاض الأخير مثير للغاية". "من المدهش كيف تحول السوق بهذه السرعة."
وأشار الخبراء إلى الزخم في توسيع الإنتاج كسبب لانخفاض الأسعار بالإضافة إلى الابتكار المتزايد في كيمياء البطاريات. لقد تحول المصنعون بعيدًا عن بعض مكونات البطاريات الأكثر تكلفة مثل الكوبالت، حيث قاموا بتكثيف تصميمات البطاريات الثقيلة بالنيكل والتي أصبح إنتاجها أرخص مع توسع المصانع.
وأشار سييز إلى أنه قبل عقد من الزمن، كان سوق السيارات الكهربائية يتعرض لضغوط من أجل تصنيع السيارات والشاحنات في الأماكن التي بدأ فيها تنظيم انبعاثات الكربون، كما هو الحال في كاليفورنيا. وقال سييز: "لذلك كان لديك هذه السيارات المتوافقة حيث قال المصنعون: حسنًا، علينا أن نجعل سيارة [تويوتا] RAV4 كهربائية،" وذلك باستخدام سيارة تعمل بالوقود الأحفوري كمثال. "ولذلك قاموا فقط بتجميع مجموعة من بطاريات الكمبيوتر المحمول التي كانت متاحة بسهولة."
منذ ذلك الحين، خطى قطاع البطاريات خطوات هائلة في خفض التكاليف، وتعديل المواد في البطاريات لاستخدام معادن أرخص وأقل إثارة للشكوك الأخلاقية مع تحقيق وفورات الحجم.
100 دولار أمريكي/كيلوواط ساعة هو الكأس المقدسة
قال الخبراء إن الشركات المصنعة تقترب من النقطة التي ستصل فيها السيارات الكهربائية إلى تكافؤ التكلفة مع أبناء عمومتها الذين يعملون بالوقود الأحفوري عند حوالي 100 دولار أمريكي للكيلووات في الساعة، أو ربما أقل قليلاً. ويُنظر إلى هذا السعر على نطاق واسع على أنه نقطة تحول في هذا القطاع، حيث لن يعد المستهلكون يعتبرون السيارات الكهربائية خيارات أكثر تكلفة.
وقال فريث إن BloombergNEF تتوقع انخفاض تكاليف البطاريات إلى أقل من 100 دولار أمريكي لكل كيلووات في الساعة في عام 2024 لتصل إلى حوالي 60 دولارًا أمريكيًا لكل كيلووات في الساعة بحلول عام 2030. وبالمثل، توقع محللو بيرنشتاين أن يكون عام 2024 هو العام الذي تصل فيه السيارات الكهربائية السائدة إلى تكافؤ التكلفة مع مركبات الغاز والديزل، في حين قد يصل قادة السيارات الكهربائية في هذا القطاع إلى نفس النقطة بحلول عام 2022 أو 2023.
وفي حين سيتم تحقيق ذلك دون الحاجة إلى ابتكارات كبيرة في بطاريات الليثيوم أيون، فإن تكنولوجيا الليثيوم أيون الناضجة تقترب بسرعة من حدود مدى إمكانية تحسينها، حسبما صرح الخبراء لـ S&P Global Market Intelligence. قال أحد كيميائيي البطاريات، وهو عالم رائد في مجال بطاريات الليثيوم أيون، والذي أجرى بحثًا لصالح إحدى شركات تصنيع السيارات الكهربائية الكبرى التي تعتمد على التكنولوجيا، إن بطاريات الليثيوم أيون بدأت في الوصول إلى الحد الأقصى على جبهات معينة مثل السعر وكثافة الطاقة وسرعة الشحن .
وقال الكيميائي: "ليس هناك دفعة عملاقة قادمة". ومن وجهة نظره، قد تكون التحسينات الإضافية كافية لإرضاء المستهلكين، في حين أن أي ثورة في البطاريات من تقنيات غير مثبتة لا تزال بعيدة المنال لسنوات.
وقال: "يمكنك أن تعمل بشكل جيد مع بطاريات الليثيوم أيون اليوم". "وبالمساعدة في خفض التكلفة، سيؤدي ذلك إلى تحسين اختراق التكنولوجيا بأكملها للسوق."
ويوافق فينكات فيسواناثان، الأستاذ المشارك في قسم الهندسة الميكانيكية بجامعة كارنيجي ميلون، على أن التكنولوجيا تقترب من حدودها القصوى. ويتوقع أن تستمر أسعار بطاريات الليثيوم أيون في الانخفاض بنحو 20% و30%، لكن من غير المرجح أن تصبح أرخص كثيرًا.
وقال فيسواناثان: "إننا نقترب بسرعة من حدود تكاليف المواد الخام".
