لماذا تهيمن بطاريات الليثيوم أيون على الأجهزة الاستهلاكية، والسيارات الكهربائية، وتخزين الطاقة؟

بطاريات الليثيوم أيون (البطاريات الثانوية) شهدت بطاريات الليثيوم أيون تطورًا سريعًا من الصفر خلال أكثر من ثلاثين عامًا فقط، وتطورت إلى صناعة بطاريات ليثيوم واسعة ومتعددة الأنواع، تُستخدم على نطاق واسع، وتتميز بالأداء العالي والصديقة للبيئة، وترتبط ارتباطًا وثيقًا بإنتاجنا وحياتنا اليومية. وقد أوجد ذلك سوقًا بقيمة تريليون دولار وصناعة جديدة للطاقة من بطاريات الليثيوم ذات آفاق تطوير واسعة جدًا.

تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بتطبيقات واسعة النطاق، والتي يمكن تلخيصها في الفئات الرئيسية التالية: الأجهزة الاستهلاكية (بطاريات الليثيوم أيون الرقمية) , المركبات الكهربائية (بطاريات الليثيوم أيون للطاقة) , و محطات تخزين الطاقة (بطاريات الليثيوم أيون لتخزين الطاقة) . تمثل هذه المجالات الثلاثة للاستخدام الغالبية العظمى من تطبيقات بطاريات الليثيوم أيون. وفيما يلي سنقوم بعرضها وفقًا لسيناريوهات الاستخدام المختلفة.

أولًا: بطاريات الليثيوم أيون الرقمية

حاليًا، تُعد تطبيقات بطاريات الليثيوم أيون في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية ناضجة نسبيًا، وتتم تحديث واستبدال المنتجات المرتبطة بها بسرعة، وبالتالي فإن متطلبات عمر بطارية الليثيوم ليست مرتفعة بشكل خاص. ويتمحور التركيز الرئيسي لأبحاث وتطوير بطاريات الليثيوم الرقمية حول تحسين الطاقة النوعية، والقدرة النوعية، والسلامة، بهدف إطالة عمر بطارية الأجهزة الإلكترونية وتحسين سرعة الشحن وأداء السلامة. ولتحقيق هذا الهدف، يجري العلماء أبحاثًا حول استخدام السيليكون المطعّم بالجرافيت للحصول على طاقة نوعية أعلى للبطارية، مع إضافة مواد ذات توصيل كهربائي وتوصيل أيوني عالي إلى مواد الأقطاب، واستخدام فواصل خزفية لتحسين سرعة شحن البطارية وأدائها من حيث السلامة.

تشمل التطبيقات الشائعة لبطاريات الليثيوم الرقمية ما يلي: أجهزة الكمبيوتر المحمولة، الهواتف الذكية، الساعات الذكية، الأساور الذكية، الأجهزة اللوحية، الطائرات المُسيرة، سماعات البلوتوث، مكبرات صوت البلوتوث، بنوك الطاقة، الكاميرات الرياضية، السجائر الإلكترونية، المنتجات الخاصة بالبالغين، إلخ.

ثانيًا. بطاريات الليثيوم-أيون للطاقة

مع اكتمال سلسلة صناعة بطاريات الليثيوم-أيون في بلدي بشكل متزايد وتشديد المنافسة الصناعية، تمتلك بطاريات الليثيوم-أيون للطاقة في بلدي حاليًا ميزة تكلفة كبيرة. في مجال المركبات الجديدة للطاقة، أصبحت تكاليف تصنيع وتشغيل بطاريات الليثيوم-أيون منافسة الآن مع أنظمة محركات الاحتراق الداخلي. من حيث تكاليف التشغيل، وبالاستناد إلى استهلاك 20 كيلوواط ساعة (kWh) لكل 100 كيلومتر، فإن تكلفة شحن البطارية لا تتجاوز حوالي 20 يوانًا، بينما قد تتجاوز تكلفة الوقود لكل 100 كيلومتر 50 يوانًا بناءً على أسعار البنزين. في عام 2024، تجاوزت الحصة الشهرية للمبيعات من المركبات الجديدة للطاقة في بلدي لأول مرة تلك الخاصة بالمركبات التي تعمل بالبنزين، ما يُعدّ تحولًا للمركبات الجديدة للطاقة إلى الخيار السائد في السوق، ويمثل نقطة تحول مهمة في التحول والتحديث الصناعي لصناعة السيارات العالمية.

تشمل تطبيقات بطاريات الليثيوم-أيون للطاقة: المركبات الكهربائية بالطاقة الجديدة، السفن الكهربائية بالطاقة الجديدة، الطائرات الكهربائية، الحافلات الكهربائية، الروبوتات الذكية، الكلاب الروبوتية الذكية، مركبات اللوجستيات الذكية ( AGVs)، الرافعات الشوكية الكهربائية، العجلات الثنائية الكهربائية، العجلات الثلاثية الكهربائية، عربات الجولف الكهربائية، المركبات الكهربائية للسياحة، إلخ.

ثالثاً: بطاريات الليثيوم-أيون لتخزين الطاقة

تواصل خارطة طريق نظام الطاقة الجديد الذي يرتكز على بطاريات الليثيوم-أيون التوسع، وتتمتّع بإمكانيات لا نهائية. ومع تقدّم أهداف "الكربون المزدوج"، يستمر هيكل الطاقة في بلدي في التحوّل نحو نموذج أخضر ومنخفض الكربون. وبحلول نهاية عام 2024، تجاوزت القدرة المركبة التراكمية لتخزين الطاقة الجديدة في بلدي 70 جيجاواط/ساعة (GWh)، أي ما يقارب 20 ضعفاً مقارنة بنهاية فترة الخطة الخمسية الثالثة عشرة. إن هذه الثورة في مجال تخزين الطاقة ليست مجرد منافسة تكنولوجية، بل هي أيضاً ترتيب استراتيجي لأمن الطاقة الوطني في بلدي.

تشمل سيناريوهات تطبيق بطاريات الليثيوم أيون للتخزين энерجي: تخزين الطاقة من جانب التوليد – محطات طاقة التخزين الفوتوفرضية، ومحطات طاقة التخزين الريحية، ومحطات تنظيم التردد AGC، وغيرها؛ وتخزين الطاقة من جانب الشبكة – تخزين الطاقة في المحطات الفرعية، والمحطات الكهربائية الافتراضية، ومحطات تخزين الطاقة لقص الذروة/تنظيم التردد، وغيرها؛ وتخزين الطاقة من جانب المستخدم – محطات شحن الطاقة الفوتوفرضية، ومحطات طاقة التخزين المنزلية، ووحدات الطاقة الاحتياطية، ومحطات الطاقة المتنقلة للتخزين، وغيرها. تخزين الطاقة من جانب التوليد – محطات طاقة التخزين الفوتوفرضية، ومحطات طاقة التخزين الريحية، ومحطات تنظيم التردد AGC، وغيرها؛ وتخزين الطاقة من جانب الشبكة – تخزين الطاقة في المحطات الفرعية، والمحطات الكهربائية الافتراضية، ومحطات تخزين الطاقة لقص الذروة/تنظيم التردد، وغيرها؛ وتخزين الطاقة من جانب المستخدم – محطات شحن الطاقة الفوتوفرضية، ومحطات طاقة التخزين المنزلية، ووحدات الطاقة الاحتياطية، ومحطات الطاقة المتنقلة للتخزين، وغيرها.

رابعًا. سيناريوهات أخرى لتطبيق بطاريات الليثيوم أيون

التطبيقات العسكرية: إمدادات الطاقة للعمليات الميدانية، وإمدادات الطاقة للجندي الفردي، وإمدادات الطاقة لمعدات الاستكشاف، وإمدادات الطاقة للملابس والأحذية في الأجواء الباردة، وإمدادات الطاقة للأسلحة عالية الطاقة، وغيرها.

المجال الطبي أجهزة الموجات فوق الصوتية المحمولة، وأجهزة قياس ضغط الدم المحمولة، وعدادات النبض القابلة للارتداء، وأجهزة المراقبة اليدوية، وتخطيط القلب أحادي الرصاص القابل للارتداء، وغيرها.

الليثيوم، المادة الخام الأساسية لبطاريات الليثيوم أيون، يُعرف منذ فترة طويلة بـ" البترول الأبيض " وهو عنصر معدني لا غنى عنه لتطوير مركبات الطاقة الجديدة وتخزين الطاقة الكيميائية الحديثة. ويمكن مقارنة أهميته بأهمية البترول في العصر الكهربائي. ويعتقد محللو الصناعة أنه بينما أطلق البترول عصر الوقود الأحفوري، فإن بطاريات الليثيوم أيون ستقود ثورة الطاقة الجديدة.