أخبار التكنولوجيا

ثورة في استخدام النحاس في السيارات الكهربائية



تحظى شركة Addionics، وهي شركة إسرائيلية ناشئة، بالاهتمام في صناعة التنقل الإلكتروني بسبب نهجها المبتكر في التعامل مع النحاس، وهو مادة مهمة تستخدم في تصنيع البطاريات. في بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، كان النحاس تقليديًا بمثابة الأنود، وهو القطب السالب. ومع ذلك، تعمل Addionics على إحداث ثورة في هذا المفهوم من خلال تقديم المجمعات الحالية المصممة ثلاثية الأبعاد.

تتميز هذه الهياكل ثلاثية الأبعاد بتصميم مسامي ذو مساحة عالية يترجم إلى العديد من الفوائد للسيارات الكهربائية، بما في ذلك زيادة المدى وتقليل استخدام المواد وإعادة تدوير المواد. في مقابلة مع Power Electronics News، سيركز عوفر فريدمان، نائب الرئيس للمنتجات الإضافية، على أهمية النحاس لهذه التكنولوجيا المبتكرة، وكيف تستعد الشركة للعب دور مهم في مستقبل التنقل الكهربائي.

دور النحاس في تكنولوجيا البطاريات

وفقًا لشركة Addionics، مع نمو الطلب على المركبات الكهربائية، تزداد أيضًا الحاجة إلى النحاس، مما أدى إلى ارتفاع سعره بشكل كبير مع زيادة بنسبة 17٪ هذا العام وحده بسبب المخاوف من تباطؤ العرض. تؤثر التكلفة المتزايدة للنحاس على التكلفة الإجمالية لتصنيع بطاريات السيارات الكهربائية، حيث تتطلب هذه البطاريات كميات كبيرة من النحاس – تصل إلى 80 كجم، مقارنة بـ 23 كجم فقط لمحركات الاحتراق التقليدية – لأقطابها الكهربائية وأسلاكها.

وقال عوفر: “إن ارتفاع تكلفة النحاس يؤثر بشكل مباشر على التسعير النهائي للمركبات الكهربائية، مما قد يؤدي إلى تباطؤ معدل التبني بسبب ارتفاع أسعار المستهلك أو الضغط على هوامش ربح الشركات المصنعة لأنها تمتص بعض هذه التكاليف لتظل قادرة على المنافسة”.

عوفر فريدمان، نائب الرئيس للمنتجات الإضافية.
عوفر فريدمان، نائب الرئيس للمنتجات الإضافية

نظرًا للتوصيل الكهربائي الاستثنائي، وهو مطلب إلزامي لنقل الطاقة بكفاءة داخل البطاريات، يلعب النحاس دورًا حاسمًا في تكنولوجيا البطاريات. يُستخدم النحاس في الأقطاب الكهربائية والمسارات الموصلة للبطاريات، بما في ذلك تلك الموجودة في المركبات الكهربائية، وأنظمة تخزين الطاقة المتجددة. وتضمن موصليتها العالية تقليل الخسائر الكهربائية أثناء دورات الشحن والتفريغ، مما يعزز الكفاءة والأداء العام للبطاريات.

وقال عوفر: “مع تحول الاقتصاد العالمي نحو تقنيات أكثر مراعاة للبيئة لتقليل انبعاثات الكربون، يتزايد الطلب على البطاريات الفعالة والمتينة، مما يجعل النحاس لا غنى عنه”.

وكما يوضح عوفر، لتلبية الطلب على النحاس على نطاق عالمي، تحتاج الشركات جنبًا إلى جنب مع الهيئات الحكومية إلى اعتماد نموذج دائري لاحتياجات النحاس. وبعبارة أخرى، فإن إعادة التدوير هذا النموذج، الذي يعتمد على النحاس المعاد تدويره، من شأنه أن يضمن موارد مثل النحاس للحفاظ على مخزونات كافية، وتجنب التكاليف الإضافية، وتقليل الخسائر على البيئة.

تقليل استخدام المواد

توظف شركة Addionics أسلوبًا فريدًا لإنتاج البطاريات من خلال استخدام تقنية متخصصة تعمل على تحسين استخدام المواد داخل القطب الكهربائي، مما يعزز الأداء العام لخلية البطارية. تتضمن هذه التقنية تصميم وتصنيع مجمعات التيار بهيكل معدني ثلاثي الأبعاد يزيد من الاتصال بالمواد النشطة ويقلل المحتوى المعدني، مثل النحاس (الشكل 1).

الشكل 1: تقنية تصنيع Smart 3D Current Collectors™‎ القابلة للتطوير والمحمية ببراءة اختراع من Addionics (المصدر: Addionics).
الشكل 1: مجمعات التيار الذكية ثلاثية الأبعاد القابلة للتطوير والمحمية ببراءة اختراع من شركة Addionics™ تكنولوجيا التصنيع (المصدر: Addionics)

ومن خلال استخدام مواد أكثر نشاطًا في هذه الهياكل ثلاثية الأبعاد، تعمل شركة Addionics على تحسين كثافة الطاقة وأداء البطاريات بشكل فعال مع تقليل الاعتماد على كميات كبيرة وثقيلة من المواد باهظة الثمن والتي غالبًا ما تكون مرهقة للبيئة.

وقال عوفر: “لا تقلل هذه الطريقة من تكاليف المواد الخام فحسب، بل تتوافق أيضًا مع ممارسات التصنيع المستدامة من خلال تقليل النفايات وتقليل التأثير البيئي المرتبط باستخراج المعادن ومعالجتها، ناهيك عن إنشاء بطارية خفيفة الوزن باستخدام كميات أقل من المعدن”. .

من الناحية البيئية، يؤدي استخدام عدد أقل من المواد الخام إلى تقليل الحاجة إلى أنشطة التعدين والمعالجة المكثفة، والتي غالبًا ما ترتبط بانبعاثات الكربون الكبيرة، وتدمير الموائل، والتلوث. ومن الناحية الاقتصادية، يمكن لهذه الممارسات أن تخفض تكاليف الإنتاج عن طريق خفض عدد المعادن اللازمة مثل النحاس والألمنيوم، مما يخفف أيضا من مخاطر تقلب الأسعار المرتبطة بهذه السلع.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤدي البطاريات الموفرة للموارد إلى منتجات أكثر متانة وكفاءة، مما يقلل من النفايات وتكرار استبدال البطاريات. وهذا يدعم حركة الطاقة النظيفة من خلال جعل التكنولوجيات المستدامة أكثر سهولة وبأسعار معقولة، وتسريع اعتماد مصادر الطاقة المتجددة والمركبات الكهربائية، وهو أمر محوري للحد من الاعتماد العالمي على الوقود الأحفوري وتحقيق الأهداف المناخية الخالية من الكربون.

المواد والتقنيات البديلة

وقال عوفر: “إن تقنية الإضافات هي تقنية “محايدة كيميائيًا”، مما يعني أن هياكل المجمعات الحالية التي قمنا بتصميمها متوافقة مع أي كيمياء قد تأتي في طريقنا، سواء كانت موجودة أو ناشئة”.

تستكشف شركة Addionics حاليًا التطورات في بطاريات الليثيوم المعدنية السائدة في الأجهزة المحمولة والمركبات الكهربائية. على الرغم من استخدامها على نطاق واسع، تواجه بطاريات الليثيوم أيون تحديات مثل محدودية موارد الليثيوم والتكاليف المرتفعة والمخاوف البيئية المرتبطة بتعدين الليثيوم.

علاوة على ذلك، عقدت شركة Addionics مؤخرًا شراكة مع IL Science لتطوير أنود ليثيوم ثلاثي الأبعاد عالي الثبات، وهو عنصر مهم في تحسين أداء بطاريات معدن الليثيوم القابلة لإعادة الشحن وتسويقها. وتهدف هذه الشراكة إلى زيادة كثافة طاقة البطارية بشكل كبير، مما يؤدي إلى إنتاج بطاريات أخف وزنًا وأكثر كفاءة يتم شحنها بشكل أسرع وأداء أفضل. ستعمل هذه التحسينات على تعزيز السلامة والمتانة والتكلفة، ومعالجة العوائق الحالية التي تحول دون اعتماد بطاريات الليثيوم المعدنية.

التحديات والفرص في توسيع نطاق التقنيات الموفرة للموارد

وكما يقول عوفر، “إن صناعة البطاريات تتقبل عمومًا الأساليب الجديدة التي تهدف إلى تقليل استخدام النحاس، خاصة في ضوء التركيز المتزايد على الاستدامة وفعالية التكلفة في الإنتاج”.

ومع ذلك، فإن تحويل الحلول المبتكرة من البحث إلى الإنتاج التجاري ينطوي على تحديات كبيرة ووقت طويل. يجب أن تخضع التقنيات الجديدة لاختبارات مكثفة لإثبات فعاليتها ومتانتها، الأمر الذي يتطلب جمع البيانات وتحليلها وضمان الجودة. إن توسيع نطاق التكنولوجيا من النماذج الأولية المختبرية إلى الإنتاج واسع النطاق أمر معقد بسبب الحاجة إلى عمليات أو معدات تصنيع جديدة، والموافقات التنظيمية، وبناء سلاسل التوريد التي تدعم المواد أو الأساليب الجديدة.

وقال عوفر: “بالإضافة إلى ذلك، تواجه الصناعة نقصًا وشيكًا في المواد الحيوية مثل الليثيوم والجرافيت والمنغنيز والنيكل، والتي تعتبر ضرورية لتقنيات البطاريات الحالية”. ويسلط هذا العجز المادي الضوء على مدى ضعف الاعتماد على عدد محدود من المصادر ويؤكد الحاجة إلى بدائل أكثر استدامة وأقل استهلاكا للموارد.

وعلى الرغم من هذه التحديات، فإن حلول التصنيع غير المباشرة توفر فرصًا كبيرة. تعمل هذه الحلول على تحسين سير عمل التصنيع الحالي، مما يسمح للمنتجين بالتكيف دون إجراء إصلاحات شاملة في المصنع أو استخدام آلات جديدة. ويؤدي هذا النهج إلى دمج أسرع للتكنولوجيات الجديدة في خطوط الإنتاج، مما يقلل من وقت التوقف عن العمل ويجعل عملية التصنيع أكثر مرونة وأقل اعتمادا على سلاسل التوريد العالمية المتقلبة.

وقال عوفر: “من خلال تحسين عمليات الإنتاج، تسمح هذه الابتكارات بطرح التقنيات المتقدمة بشكل أسرع، مما يساعد على تلبية الطلب المتزايد على السيارات الكهربائية وغيرها من حلول تخزين الطاقة دون الاستثمارات الضخمة المرتبطة عادة بالمصانع أو خطوط الإنتاج الجديدة”.

خاتمة

في حين أن ارتفاع أسعار النحاس يشكل تحديات أمام تطوير تقنيات الطاقة المستدامة، فإن الاستراتيجيات المبتكرة مثل تلك التي تستخدمها شركة Addionics تقدم حلولاً قابلة للتطبيق. ومن خلال تحسين استخدام المواد واستكشاف التقنيات البديلة، يمكن للصناعة التخفيف من تأثير تكاليف المواد الخام وتحسين أداء البطارية. سيكون تبني ممارسات كفاءة استخدام الموارد وحلول التصنيع الأولية أمرًا بالغ الأهمية في تسريع اعتماد تقنيات الطاقة النظيفة وتحقيق أهداف الاستدامة الأوسع.

التدوينة ثورة في استخدام النحاس في السيارات الكهربائية ظهرت للمرة الأولى على Power Electronics News.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *