شرکت Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL)، بزرگ‌ترین تولیدکننده باتری در جهان با سهم ۳۸ درصدی از بازار جهانی، به‌تازگی از چند پیشرفت مهم در فناوری باتری از جمله باتری سدیم یون پرده برداشته است.
- فناوری باتری Naxtra نخستین باتری سدیم-یونی با تولید انبوه در جهان است.
- پک باتری Freevoy Dual-Power معماری دوگانه دارد و گزینه‌های متعددی ارائه می‌دهد.
- باتری نسل دوم Shenxing Superfast Charging با سرعت فوق‌العاده‌ای شارژ می‌شود.
باتری سدیم یون Naxtra:
برای شروع، باید گفت سدیم بسیار ارزان‌تر، فراوان‌تر و ایمن‌تر از لیتیوم است و باتری سدیم-یونی Naxtra فقط یک نمونه آزمایشگاهی نیست، بلکه وارد مرحله تولید شده است. شرکت CATL موفق شده است که چگالی انرژی‌ای معادل سلول‌های لیتیوم-یونی امروزی با حدود ۱۷۵ وات‌ساعت بر کیلوگرم ارائه دهد که بیش از ۱۰٬۰۰۰ چرخه شارژ در طول عمر خود دارد.
باتری‌های لیتیوم‌آهن‌فسفات (LFP) تسلا بین ۳٬۰۰۰ تا ۴٬۰۰۰ چرخه شارژ دوام می‌آورند تا زمانی که ظرفیت‌شان به کمتر از ۷۰ تا ۸۰ درصد برسد. در آن حالت، برد خودروی مدل ۳ Long range از حدود ۵۸۴ کیلومتر به ۴۱۰ کیلومتر کاهش می‌یابد. داده‌های واقعی نشان داده‌اند که بعد از ۳۲۲٬۰۰۰ کیلومتر، افت ظرفیت متوسط باتری حدود ۱۵٪ است. اما ادعای CATL در مورد باتری‌هایش این نتایج را کاملاً کنار می‌زند. با بیش از ۱۰٬۰۰۰ چرخه شارژ CATL ، می‌توانید حدود ۵٫۸ میلیون کیلومتر رانندگی کنید پیش از آنکه ظرفیت باتری به زیر ۸۵٪ برسد.
پک باتری سدیم یون CATL
مزیت دیگر باتری سدیم-یون نسبت به لیتیوم عملکرد بهتر در هوای سرد است: این باتری‌ها می‌توانند در بازه دمایی منفی 40 درجه سانتی‌گراد تا مثبت ۷۰ درجه به فعالیت خود ادامه دهند. CATL بیان کرده است که باتری Naxtra حتی با فقط ۱۰٪ شارژ باقیمانده، می‌تواند در دمای منفی چهل درجه همچنان قدرت کامل ارائه دهد. در مقابل، باتری‌های لیتیوم-یونی معمولی برای تخلیه شارژ در بازه -۲۰ تا ۶۰ درجه سانتی‌گراد و برای شارژ شدن در بازه محدود ۰ تا ۴۵ درجه سانتی‌گراد عملکرد دارند.
CATL همچنین گزینه‌ای ۲۴ ولتی به نام Naxtra Heavy-Duty Truck Integrated Start-Stop Battery برای کامیون‌ها و ماشین‌آلات سنگین معرفی کرده که بسیار بیشتر از باتری‌های اسیدی سنتی دوام می‌آورد. حتی اگر یک سال بی‌استفاده بماند، همچنان قادر به راه‌اندازی موتور است، و طبق گفته شرکت، هزینه‌های باتری در خودرو را نسبت به باتری‌های سرب-اسید تا ۶۱٪ کاهش می‌دهد.
مورد بزرگ بعدی، باتری Freevoy Dual-Power است.
این باتری ترکیبی از دو نوع باتری لیتیوم-یون و باتری سدیم یون است. این سیستم به‌صورت هوشمند و فعال، بسته به محیط یا نحوه رانندگی، در سفرهای کوتاه یا بلند، شتاب‌گیری شدید، یا زمستان‌های سرد ترکیب سلولی موردنیاز برای تامین انرژی را انتخاب می کند. ترکیب باتری سدیم-یون و باتری لیتیوم آهن فسفات در مناطق سردسیری مانند کشور نروژ انتخاب مناسبی است. زیرا دمای پایین عملکرد باتری‌های لیتیوم-یونی را مختل می‌کند، اما باتری سدیمی حتی در منفی ۴۰ درجه هم قدرت ثابت ارائه می‌دهد.
پک باتری دوگانه لیتیوم یون و سدیم یون
باتری‌های با شیمی لیتیوم-آهن فسفات می‌تواند برای شارژ سریع و رانندگی روزمره کم‌هزینه نیز ایده‌آل باشد، با هزینه‌ای معادل ۰٫۰۲۵ دلار به ازای هر مایل (۱.۶ کیلومتر). برای مقایسه، میانگین هزینه سوخت برای خودروهای بنزینی در سال ۲۰۲۱ حدود ۰٫۱۲۵ دلار به ازای هر مایل بوده است. برای حداکثر برد، استفاده از شیمی نیکل کبالت منگنز در باتری ۱۸۰ کیلووات‌ساعتی Freevoy می‌تواند برد ۱۵۰۰ کیلومتر و خروجی توان بیش از ۱ مگاوات ارائه دهد. این به معنی دستیابی به برد بلند به همراه توان کشش وزن بیشتر است.
به عنوان مقایسه قدرتمندترین خودرو تسلا تاکنون یعنی Model S Plaid، خروجی حداکثری معادل ۷۶۰ کیلووات دارد (معادل ۱۰۲۰ اسب‌بخار). تسلا مدل ۳ لانگ‌رنج دارای خروجی پیک ۳۶۶ کیلووات و برد ۵۸۴ کیلومتر است. کامیون Cybertruck سه‌موتوره تسلا توانایی کشش ۵ تن بار با توان پیک ۶۳۰ کیلووات دارد. فورد F-150 Lightning هم می‌تواند 4.5 تن را با توان پیک ۴۳۳ کیلووات جابجا کند. در مقایسه، CATL می‌گوید Freevoy می‌تواند بیش از ۱٬۰۰۰ کیلووات توان ارائه دهد.
باتری‌های LFP یا NCM استفاده‌شده در سیستم Freevoy دارای آند خودساز هستند. یعنی آند از ابتدا ساخته نشده بلکه در سطح اتمی طی چند شارژ اولیه خودش شکل می‌گیرد. این موضوع باعث افزایش چگالی انرژی حجمی تا ۶۰٪ و چگالی انرژی وزنی تا ۵۰٪ می‌شود. به همین دلیل CATL ادعا دارد که با این فناوری، خودرویی در اندازه یک سدان معمولی مثل Toyota Camry یا Tesla Model 3 می‌تواند به برد ۱۵۰۰ کیلومتر برسد.
باتری با شارژ فوق سریع Shenxing
نوآوری دیگری که توسط شرکت CATL معرفی شده است، باتری نسل دوم با شارژ فوق‌سریع شن‌شینگ (Shenxing) است. نسل اول این باتری پیش‌تر با قابلیت شارژ سریع 4C معرفی شده است. حالا نسخه Shenxing 2.0 با نرخ شارژ C12 سریع‌ترین نرخ شارژ برای باتری‌های LFP در جهان است. نرخ C اصطلاحی در دنیای باتری‌هاست که به سرعت شارژ و دشارژ باتری نسبت به ظرفیت آن اشاره دارد. 1C یعنی شارژ یا دشارژ کامل در مدت یک ساعت. بنابراین اگر باتری‌ای ظرفیت 100 کیلووات‌ساعت داشته باشد، در 1C دقیقاً یک ساعت طول می‌کشد تا از صفر به 100٪ برسد یا بالعکس. بنابراین، 12C یعنی 12 برابر ظرفیت در هر ساعت.
در دنیای واقعی، نرخ 1C برای خودروهای الکتریکی نسبتاً سریع محسوب می‌شود. سوپرشارژرهای تسلا – که به‌عنوان بالاترین استاندارد شارژ عمومی در ایالات متحده شناخته می‌شوند – می‌توانند در بهترین حالت بین 3C تا 5C شارژ کنند. آخرین نسخه V4 آن‌ها تا 325 کیلووات توان ارائه می‌دهد. برنامه‌هایی برای رسیدن به 500 کیلووات و حتی 1.2 مگاوات برای کامیون تسلا (Tesla Semi) وجود دارد، اما هنوز به آن‌جا نرسیده‌ایم و زیرساخت‌های انرژی نیز نیاز به به‌روزرسانی دارند.
اگر فرض کنیم که شارژری با توان 1300 کیلووات وجود داشت که وجود ندارد، اگرچه شارژرهای Flash شرکت BYD در چین ادعای توان 1 مگاواتی دارند (این یعنی حدوداً 2.5 کیلومتر برد به ازای هر ثانیه شارژ یا به عبارتی شارژی به سرعت پر کردن باک بنزین: صفر تا 100٪ در پنج دقیقه) اما در شرایط واقعی، حتی با بهترین شارژرهای آمریکا و شرایط ایده‌آل، این عدد به حدود 20 دقیقه برای شارژ کامل می‌رسد.
طبق گفته شرکت CATL، باتری سدیم یون Shenxing Gen 2 عملکردی عالی در هوای سرد نیز دارد. حتی در دماهای زیر صفر، همچنان شارژ سریع می‌پذیرد و در حالت نزدیک به تخلیه کامل، توان خروجی 830 کیلووات ارائه می‌دهد. اما هیچ‌کدام از این‌ها هنوز خارج از چین وجود ندارد. و شارژرهای 1.3 مگاواتی هم در هیچ‌جا نصب نشده‌اند.
ذخیره سازهای ایستگاهی TENER
شرکت CATL ادامه فعالیت‌های خود برای ترسیم آینده‌ی صنعت باتری، سیستم‌های ذخیره‌سازی ساکن «TENER Stack»، نخستین راهکار ذخیره‌سازی انرژی با ظرفیت فوق‌العاده ۹ مگاوات‌ساعت در جهان که آماده تولید انبوه است را رونمایی کرد. این دستاورد استراتژیک گامی بزرگ در جهت افزایش ظرفیت، انعطاف‌پذیری در استقرار، ایمنی و قابلیت حمل محسوب می‌شود.
TENER Stack با استفاده از سلول‌های با چگالی انرژی بالا و فناوری «بدون افت عملکرد در ۵ سال» CATL، بهره‌وری حجمی را تا ۴۵٪ و چگالی انرژی پیش‌بینی‌شده را نسبت به سیستم‌های رایج کانتینری ۲۰ فوتی تا ۵۰٪ افزایش داده است. ظرفیت داخلی آن به ۹ مگاوات‌ساعت می‌رسد — معادل شارژ ۱۵۰ خودروی برقی برای شش سال. کارایی فضایی برجسته TENER Stack، ارزش اقتصادی چشمگیری را به همراه دارد. به‌عنوان مثال، برای استقرار ۸۰۰ مگاوات‌ساعت ذخیره‌سازی، استفاده از TENER Stack به حدود یک‌سوم کانتینر کمتر نسبت به سیستم‌های ۶ مگاوات‌ساعتی معمولی نیاز دارد. این موضوع باعث کاهش تعداد واحدهای PCS، حذف هزینه‌های پنهان ناشی از بیش‌برآورد سیستم، و افزایش ۴۰٪ در بهره‌وری استفاده از زمین می‌شود. در مجموع، توسعه‌دهندگان می‌توانند انتظار بهینه‌سازی تا ۲۰٪ در هزینه‌های ساخت کل ایستگاه را داشته باشند.
ذخیره ساز ایستگاهی Tener
استانداردهای ایمنی پیشرفته و مدیریت حرارتی
با توجه به تمرکز جهانی بر ایمنی در برابر آتش، TENER Stack از شیمی باتری LFP مقاوم در برابر حرارت بهره می‌برد. طراحی جدید سه‌لایه عایق‌بندی، مقاومت در برابر آتش را به دو ساعت افزایش داده و سیستم با استاندارد لرزه‌ای IEEE693 هم‌راستا بوده و توان تحمل زلزله تا بزرگی ۹ ریشتر و طوفان‌های شدید را دارد. علاوه بر این، طراحی TMS (سیستم مدیریت حرارتی)، تابش حرارتی را کاهش داده، هزینه‌های زمینی و نگهداری را کم می‌کند و سطح صدا را در فاصله یک متری به ۶۵ دسی‌بل (A) محدود می‌کند که برای استفاده در محیط‌های شهری مناسب است. تا پایان سال ۲۰۲۴، محصولات ذخیره‌سازی انرژی CATL در بیش از ۱۷۰۰ پروژه در سراسر جهان، در تمام مناطق اقلیمی و محیط‌های عملیاتی نصب شده‌اند.
منابع مورد استفاده در مقاله:
بیشتر بخوانید:
