در این مقاله به عوامل موثر بر هزینه های تولید پک باتری پرداخته می شود و مقایسه ای بین هزینه های تولید در سالهای متوالی ارائه می گردد.
تاثیر شیمی سلول و جغرافیای تولید
همواره شیمی باتری به خاطر افزایش دانسیته انرژی توسعه می یابد، اما عامل موثر دیگر در این توسعه هزینه است. با افزایش هزینه کبالت ما سمت گیری ترکیبات کاتدی به مواد با نیکل بیشتر را مشاهده کردیم، لذا قیمت مواد اساسی باتری در انتخاب سلول برای پک تاثیر گذار است.
به عنوان نمونه در سه ماهه انتهایی سال 2023 بالا بودن هزینه NCM نسبت به LFP در سلولها موجب رقابت در زنجیره تامین باتری بین چین و اروپا شد.
سود تولیدکنندگان سلول های LFP چینی از چند عامل نشات می گیرد:
- دسترسی به فرآیند تهیه مواد ارزان قیمت ناشی از مقیاس پذیری راحت
- تجهیزات پیش ساخته و مناسب از نظر محیط زیستی و قوانین
- هزینه کارگر پایین
- برنامه های حمایتی دولتی
در نتیجه این ویژگیها بالغ بر 19 درصد افزایش قیمت تولید NCM نسبت به LFP ایجاد شد و این افزایش هزینه در کل هزینه ها از مواد تا تولید سلول باقی می ماند.
هزینه انرژی و کارگر برای LFP برای هر کیلووات ساعت کمی بیشتر است که به خاطر دانسیته انرژی پایین تر آن نسبت به NCM می باشد. اما اگر ما این انرژی را براساس جرم نرمالیزه کنیم به ترتیب 180 و240 وات ساعت بر کیلوگرم برای LFP و NMC می باشد. در سه‌ماهه دوم سال ۲۰۲۴، قیمت سلول‌های LFP در بازار داخلی چین به زیر ۶۰ دلار در هر کیلووات ساعت کاهش یافت و اکنون مشخص شده BYD با تحت فشار قرار دادن زنجیره تأمین و همچنین استفاده بیشتر از موقعیت بازار خود در زمینه مقیاس، این قیمت‌ها را به حدود ۴۴ دلار در هر کیلووات ساعت کاهش می دهد.
چرا تفاوت هزینه بین سلول‌های براساس توان و انرژی وجود دارد؟
قیمت انرژی سلولها در سال ۲۰۲۴ حدود ۸۰ تا ۱۰۰ دلار بر کیلووات ساعت و توان سلولها حدود ۱۵۰ تا ۳۰۰ دلار بر کیلووات ساعت هزینه داشتند. اگرچه، برخی از سلولها با توانها بسیار بالا وجود دارند که حدود ۶۰۰ دلار بر کیلووات ساعت هزینه دارند.
عواملی که افزایش توان سلولها را گران‌تر می‌کنند:
- اندازه ذرات شیمیایی یکنواخت تر، جمع کننده جریان ضخیم‌تر
- مس و آلومینیوم بیشتر / کیلووات ساعت بیشتر
سلول ها با توان بالا تمایل به استفاده از الکترولیت بیشتر دارند لذا معمولاً جداکننده (مخزن الکترولیت) ضخیم تری در یک سلول توان بالا وجود دارد. جداکننده‌های با تخلخل بالاتر برای سلول‌های توان بالا انتخاب می‌شوند. اتصالات بیشتر بین الکترودها و زبانه‌ها مونتاژ پیچیده‌تر، هزینه مواد بیشتر، تعداد جوشکاری بیشتر، محتوای کربن رسانای بالا و افزودن نانولوله‌های کربنی هزینه را افزایش می‌دهد.
- ظرفیت سلول کوچکتر سلول‌های کوچکتر منجر به سربار بالاتر می‌شوند
- حجم تولید کوچکتر حجم خرید مستقیماً با $/kWh مرتبط است
- بازده کمتر
الکترود باتری توان بالا می‌تواند بازده کمتری نسبت به الکترود ضخیم‌تر داشته باشد. زیرا الکترود نازک برای بسیاری از پوشش‌دهندگان چالش دارد همانند نقص‌های پوشش (آگلومراسیون، چشم ماهی، خطوط کشش و غیره) که می‌توانند در لایه‌های نازک بسیار مورد توجه شوند.
شاید بزرگترین عامل، حجم تولید یا حجم خرید باشد. برخی از بزرگترین تولیدکنندگان باتری‌های خودروهای برقی مانند تویوتا، هزینه/کیلووات ساعت برای آن بسیار کمتر از تولیدکنندگان کوچکتر در بازار خودروهای برقی است.
سلول‌های با توان بالا (با نرخ شارژ/دشارژ بیش از 20 برابر ظرفیت) که در خودروهای برقی استفاده می‌شوند، معمولاً انرژی کل کمی در حدود 0.5 تا 3 کیلووات ساعت دارند. به این معنی است که ظرفیت سلول کمتر خواهد بود (حدود 6 تا 20 آمپر ساعت) و از این رو مونتاژ سلول، بدنه، زبانه‌ها، تشکیل، فرسودگی و لجستیک درصد بیشتری در هر کیلووات ساعت خواهد داشت.
در برخی از جدیدترین خودروهای برقی، شاهد استفاده از سلول‌های 100 تا 300 آمپر ساعت هستیم و از این رو هزینه‌ها/کیلووات ساعت بسیار کاهش یافته است. برای نمونه در ادامه نموداری از تفکیک هزینه های تولید باتری منشور ارائه شده است.
تجهیزات باتری لیتیوم سلول منشوری (میلیون دلار بر گیگاوات ساعت)
این تحلیل برای سلول منشوری و میانگین هزینه ها در نظر گرفته شده است.
در نمودار فوق هزینه تولید سلول منشوری را به تفکیک مراحل مشاهده می کنید. این هزینه ها به موارد زیر بستگی دارد:
- تأمین‌کننده تجهیزات
- عملکرد تجهیزات
- ظرفیت سلول
- شیمی سلول
کل هزینه سرمایه‌ای، حدود ۳۶ میلیون دلار بر گیگاوات ساعت است. ۱/۳ آن برای مرحله فرماسیون و فرسودگی است که گلوگاه تولید نیز شناخته می شود.
برای مهندسی پک باتری، ابتدا باید درک کاملی از اجزای سازنده آن از جمله فرآیند تولید سلول باتری داشته باشید. زیرا باعث می شود برخی از محدودیت‌های سلولها و تفاوت‌های بین دسته‌های سلول را درک کنید. یا حداقل بفهمید که این محدودیت‌ها از کجا ممکن است ناشی شوند. این دانش می تواند در مدیریت هزینه های تولید پک موثر باشد.
تحلیل هزینه سلول به پک
وقتی به نمودار بالا نگاه می‌کنیم، می‌بینیم که قیمت پک باتری در حال کاهش است، اما آیا نسبت هزینه پک باتری به سلول باتری در حال تغییر است؟
قیمت میانگین به تفکیک سلول و پک
براساس گزارش Volta Foundation، میانگین کاهش قیمت باتری لیتیوم-یون از سال 2023 به میزان 20 درصد و رسیدن به پایین‌ترین حد خود یعنی 115 دلار در هر کیلووات ساعت در سال 2024 ارائه شده است. این کاهش هزینه ناشی از عوامل زیر می باشد:
- ظرفیت مازاد تولید سلولی
- صرفه‌جویی ناشی از مقیاس و کاهش هزینه‌های اساسی ناشی از بهبودهای تدریجی تولید مانند بازده/کیفیت
- قیمت پایین مواد اولیه و قطعات
- پذیرش باتری‌های LFP کم‌هزینه‌تر
- کاهش رشد فروش خودروهای برقی
اگر هزینه های سلول به پک ارائه شده در سالهای متوالی را به هم تقسیم کنیم، مشخص می شود همواره 70 درصد هزینه پک هزینه سلول می باشد و در تولید بهینه‌شده ۸۰٪ می‌رسد. پیشرفت‌های حاصل از سال ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۲ در کاهش هزینه‌های مواردی به غیر از سلول‌هاست که می تواند ناشی از رویکردهای طراحی و مهندسی جدید شامل موارد زیر می باشد:
- کاهش تعداد ماژول‌ها
- بهینه‌سازی سخت‌افزار BMS
- طراحی پک تک لایه
با این حال، از سال ۲۰۲۲ به بعد شاهد فشار بی‌وقفه بر کاهش هزینه‌های سلول بوده‌ایم.
در این مقاله سعی شد به عوامل موثر بر هزینه های تولید پک باتری پرداخته شود عواملی همانند نوع سلول، کاربری و جغرافیای تولید مورد تحلیل قرار گرفت. مهمترین عامل در این میان هزینه تولید سلول می باشد.
منابع:
Volta Foundation
بیشتر بخوانید:
