افزایش نیاز به باتری در خودروها

تقاضا برای باتری لیتیوم- یون خودرویی در سال 2022، به میزان 65 درصد افزایش داشت و به عدد 550 گیگاوات ساعت در سال رسید.

در چین، تقاضا برای باتری بیش از 70 درصد رشد داشته است و در عین حال فروش خودروی برقی، با افزاش 80 درصدی در این سال همراه بوده است. در ایالات متحده نیز رشد مصرف باتری در حدود 80 درصد بوده است اما رشد فروش خودروی الکتریکی 55 درصد رشد داشته است. با توجه به استقبال بیشتر از خودروهای SUV در آمریکا و تمرکز بر افزایش برد خودروها، حجم باتری استفاده شده در هر خودرو به طور متوسط 40 درصد بیشتر از سایر نقاط دنیاست.

طبق گزارش آژانس بین المللی انرژی در سال 2023، مصرف لیتیوم در سال 2022 از میزان تولید آن پیشی گرفت در حالی که از سال 2017، استخراج لیتیوم بیش از 180 درصد رشد را داشته است. هم‌اکنون 60 درصد از لیتیوم، 30 درصد کبالت و 10 درصد از نیکل دنیا که در سال 2022 مصرف شده‌اند، صرفا برای کاربرد در باتری‌های لیتیومی بوده است. این نیاز با افزایش سهم خودروی برقی از حمل و نقل جهانی، بطور روزافزون افزایش خواهد یافت. لذا جایگزینی این عناصر پرکاربرد و گران قیمت با ترکیبات ارزان‌تر و در دسترس برای بقایی این صنعت الزامی است.

جایگزین های جدید برای باتری لیتیوم یون مرسوم در حال افزایش است. در سال 2022، ترکیب نیکل- کبالت و منگز (NMC) به عنوان اصلی‌ترین ماده مورد استفاده در باتری باقی ماند و سهم 60 درصدی از تمام باتری‌های جهان را به خود اختصاص داد. ترکیب فسفات آهن (LFP) با 30 درصد در رتبه دوم و ترکیب اکسید کبالت و آلومینیوم (NCA) با تنها 8 درصد در رتبه سوم قرار دارد.

ترکیب فسفات آهن در سال 2023 به بیشترین میزان سهم خود از بازار رسیده است. دلیل اصلی این اتفاق نیز تمایل چینی‌ها به استفاده از آن در باتری باز می‌گردد به طوری که 95 درصد از باتری‌های حاوی LFP در چین تولید می‌شوند. در میان شرکت‌های چینی، شرکت BYD به تنهایی نیمی از تولیدات باتری LFP را مصرف می‌کند. 15 درصد از باتری‌های LFP توسط تسلا به کار گرفته می‌شوند. 85 درصد از خودروهای اقتصادی تسلا که از LFP استفاده می‌کنند هم در چین ساخته می‌شود. باقی این خودروهای اقتصادی در حالی در ایالات متحده تولید شده اند که باتری آن‌ها از چین وارد شده است. زیرا فقط 3 درصد از باتری های حاوی فسفات آهن در سال 2022 در آمریکا تولید شد.

سهم هر ترکیب شیمیایی از تولیدات باتری خودروهای

ترکیب LFP در مقابل NCM از نیکل، کبالت و منگنز در ساختار خود استفاده نمی‌کند و بجای آن از فسفر و آهن بهره می‌برد که قیمت نهایی آن را به شدت کاهش می‌دهد. اما چگالی انرژی آن در مقابل کمتر است. اگر از این ترکیب در ساخت تمامی باتری‌های دنیا استفاده شود، میزان فسفر بکار رفته در آن، فقط معادل 1 درصد از فسفر استفاده شده در صنعت کشاورزی است که نشان از وفور این عنصر و عدم مشکل تامین ماده اولیه آن است.

در بخش آندی باتری، ترکیبات متعددی برای بهبود ظرفیت باتری وجود دارند. برای مثال، سیلیکون می‌تواند جایگزین گرافیت شود تا ظرفیت باتری را به طور چشم‌گیری افزایش دهد. در طول سال‌های اخیر، آند‌های گرافیتی حاوی 30 درصد سیلیکون وارد بازار شده اند. یکی دیگر از گزینه‌های جدید برای استفاده در آند، لیتیوم فلزی است که  بیشترین افزایش ظرفیت را به همراه دارد.

در سالیان گذشته، فناوری‌های جدیدی برای جایگزینی باتری لیتیوم-یون ارائه شده‌اند. یکی از مهم‌ترین آن‌ها باتری سدیم-یون هستند. این باتری به طور کامل وابستگی به مواد کمیاب را از بین می‌برد و تماما از عناصر ارزان قیمت استفاده می‌کند. در حال حاضر سدیم-یون تنها راه حلی است که برای کارکرد خود از لیتیوم استفاده نمی‌کند. باتری سدیمی ساخته شده توسط شرکت CATL چین، نسبت به باتری لیتیوم-یون حاوی فسفات آهن تا 30 درصد ارزان تر است. اما این باتری‌ها توان ذخیره انرژی کمتری را دارند. برای مثال ظرفیت باتری سدیمی در حدود 75 تا 160 وات ساعت است اما باتری لیتیومی 120 تا 260 وات ساعت انرژی را ذخیره می‌کند. این ویژگی‌ها باتری سدیمی را برای استفاده در مسافت‌های کوتاه و درون شهری بسیار جذاب می‌کند اما برای کاربردهایی که چگالی انرژی در آن‌ها در اولویت است، مناسب نیستند. هم‌اکنون 30 کارخانه تولید این نوع باتری وجود دارند که همگی در چین مستقر هستند و ظرفیت تولید معادل 100 گیگاوات ساعت را دارند. به عنوان مقایسه می‌توان اشاره کرد که ظرفیت تولید باتری لیتیومی در حدود 1500 گیگاوات ساعت سالانه است.

چندین خودروساز از باتری سدیمی در خودروها استفاده می‌کنند. مثلا شرکت BYD با خودروی Seagull برد 300 کیلومتری برای هر بار شارژ را ارائه می‌دهد و قیمتی معادل 11600 دلار دارد. همکاری دو شرکت فولکس واگن و JAC نیز منجر به تولید خودروی Sehol EX10 شده است که 250 کیلومتر برد دارد و هم قیمت خودروهای اقتصادی حاوی باتری لیتیومی هستند. شرکت BYD قصد دارد تا باتری سدیمی را در تمامی مدل های خود با قیمت کمتر از 29000 قیمت وارد کند.

بحران کمبود  مواد شیمیایی در انتخاب ترکیب مناسب باتری‌ها نقش اصلی را بازی می‌کند. ترکیب NCM111 که از کبالت، نیکل و منگنز به میزان یکسان در خود استفاده می‌کند تا سال 2015 در صنعت مطلوب بود. اما با افزایش قیمت کبالت، تمایل صنعت به سمت استفاده از ترکیبات با کبالت کمتر معطوف شد. برای مثال ترکیبات NCM622 و NCM811 که ساخت آن‌ها با فناوری موجود ممکن بوده است محبوبیت بیشتری کسب کردند. در سال 2022، قیمت نیکل به بیش از دوبرابر آن افزایش یافت که استفاده از LFP را در باتری‌ها توجیح می‌کند. لذا از سال 2022 حرکت صنعت به سمت کاهش وابستگی به نیکل پیش رفت.

قیمت لیتیوم نیز در سال‌های اخیر رفتار مشابهی را داشته است. برای مثال قیمت کربنات لیتیوم بطور پیوسته  تا چهار برابر قیمت سال‌های 2020 و ماقبل آن افزایش داشت. اما منگنز بر خلاف تمامی موارد قبلی، قیمت ثابتی را تجربه کرده است.

قیمت تخمینی باتری در سال گذشته در حدود 150 دلار به ازای هر کیلووات ساعت بوده است که 20 درصد از کل هزینه‌ی آن مربوط به تولید پکیج باتری است. این میزان، نسبت به دهه‌ی گذشته به میزان چشم‌گیری کاهش یافته است (کاهش هزینه از 30 به 20 درصد). طبق پیش‌بینی موسسه بلومبرگ، هزینه تولید پک باتری تا سال 2025 به میزان 20 درصد دیگر نیز کاهش می‌یابد اما هزینه‌های تولید سلول‌های باتری تنها 10 درصد کاهش قیمت را تجربه خواهند کرد.