فولکسواگن از نمونه اولیه باتری حالت جامد با برد ۵۰۰ مایل رونمایی کرد
فولکسواگن از نمونه اولیه باتری حالت جامد با برد ۵۰۰ مایل رونمایی کرد
شرکت فولکسواگن از نمونه اولیه عملیاتی باتری حالت جامد خود رونمایی کرد و ادعا دارد این فناوری میتواند بیش از ۵۰۰ مایل برد را در یک بار شارژ ارائه دهد. این دستاورد میتواند چشمانداز خودروهای الکتریکی (EV) را تغییر دهد. این خودروساز آلمانی که از سال ۲۰۱۸ بیش از ۳۰۰ میلیون دلار در استارتآپ آمریکایی QuantumScape سرمایهگذاری کرده، روز پنجشنبه این سلول را در آزمایشگاه باتری سالزگیتر آلمان به نمایش گذاشت. این نمونه اولیه با نام «Unified Cell Plus» اولین طراحی حالت جامد است که فولکسواگن در مقیاس کامل خارج از آزمایشگاه تست کرده است.
مشخصات فنی و اهداف عملکردی
سلول جدید از آند لیتیوم-فلز همراه با جداکننده سرامیکی حالت جامد اختصاصی QuantumScape استفاده میکند. مهندسان فولکسواگن میگویند چگالی انرژی در سطح سلول به ۴۵۰ واتساعت بر کیلوگرم میرسد که تقریبا دو برابر باتریهای لیتیوم-یون فعلی در ID.4 است. در چرخه تست WLTP، این نمونه اولیه در خودرویی به اندازه سدان ID.7 آینده، برد ۵۱۸ مایل (۸۳۳ کیلومتر) را ممکن میسازد. عملکرد شارژ سریع نیز چشمگیر است: باتری میتواند در ۱۲ دقیقه با اتصال به شارژر ۳۵۰ کیلوواتی CCS از ۱۰ درصد به ۸۰ درصد شارژ برسد.
مدیریت حرارتی همچنان یک چالش کلیدی است، اما فولکسواگن ادعا میکند سلول حالت جامد بدون خنککنندگی فعال تا دمای ۸۵ درجه سانتیگراد به طور ایمن کار میکند. جداکننده، الکترولیت مایع قابل اشتعال موجود در سلولهای معمولی را حذف کرده و خطر آتشسوزی را به شدت کاهش میدهد. فرانک بلوم، رئیس تحقیق و توسعه باتری فولکسواگن، در یک کنفرانس مطبوعاتی گفت که سلول تست نفوذ میخ را بدون فرار حرارتی پشت سر گذاشته است؛ آستانهای که بسیاری از نمونههای اولیه حالت جامد در گذشته در آن شکست خورده بودند.
مسیر تولید و جدول زمانی
فولکسواگن قصد دارد تولید سری کوچک سلولهای حالت جامد را تا پایان سال ۲۰۲۵ در کارخانه سالزگیتر آغاز کند و تا سال ۲۰۲۷ به چند صد هزار واحد در سال برساند. سلولهای نمونه اولیه در خط آزمایشی ساخته میشوند که در حال حاضر هفتهای ۱۰۰۰ سلول تولید میکند. این شرکت قصد دارد سلولهای جدید را در پلتفرم مدولار MEB+ خود ادغام کند که پایهگذار خانواده ID و برند آینده Scout است. فولکسواگن انتظار دارد هزینه تولید به ازای هر کیلوواتساعت تا سال ۲۰۲۸ به زیر ۸۰ دلار برسد که قابل مقایسه با باتریهای الکترولیت مایع فعلی است. دلیل این کاهش، مونتاژ سادهتر و حذف فرآیند formation است.
QuantumScape که در سال ۲۰۲۰ از طریق ادغام SPAC عمومی شد، با تردیدهایی در مورد مقیاسپذیری مواجه بوده است. خط پیش-تولید QS-0 این شرکت در سن خوزه کالیفرنیا از اواخر ۲۰۲۳ سلولهای «Sample A» را به فولکسواگن و سایر خودروسازان ارسال میکند. نمونه اولیه فولکسواگن از جدیدترین معماری سلول کیسهای نه لایه QuantumScape استفاده میکند که گام بزرگی نسبت به سلولهای تک لایه نمایش داده شده در ۲۰۲۲ است. اندرو هادسون، مدیر ارشد فناوری QuantumScape، گفت که این شرکت در مسیر شروع تولید کم حجم در تاسیسات QS-1 خود در سال ۲۰۲۶ قرار دارد.
چشمانداز رقابتی و زمینه صنعت
فولکسواگن تنها در مسیر تجاریسازی باتریهای حالت جامد نیست. تویوتا در ژوئن ۲۰۲۴ اعلام کرد که تا سال ۲۰۲۷ یک باتری حالت جامد را در یک خودروی هیبریدی عرضه خواهد کرد با ادعای برد ۷۴۵ مایل در یک بار شارژ که طولانیترین ادعای عمومی است. باتری تویوتا از الکترولیت جامد مبتنی بر سولفید استفاده میکند و تحلیلگران را با دوام بیش از ۱۰۰۰ سیکل تحت تاثیر قرار داده است. با این حال، تویوتا هنوز یک بسته به اندازه خودرو نشان نداده است؛ نمونه اولیه فعلی آن محدود به یک پلتفرم کوچک دو نفره است. بیامو نیز با Solid Power برای تست سلولهای کاملاً حالت جامد با رتبه ۳۹۰ واتساعت بر کیلوگرم همکاری کرده و تولید آزمایشی برای ۲۰۲۵ برنامهریزی شده است. CATL چین، بزرگترین تولیدکننده باتری جهان، محتاطتر بوده و در گزارش درآمد خود گفته است که حالت جامد حداقل پنج سال تا تولید انبوه فاصله دارد.
تحلیلگران صنعت ادعای برد ۵۰۰ مایلی فولکسواگن را قابل قبول میدانند اما تاکید میکنند برد واقعی به شدت به یکپارچهسازی پک بستگی دارد. سم پوردی، تحلیلگر ارشد Rho Motion گفت: «یک سلول ۴۵۰ واتساعت بر کیلوگرم چشمگیر است، اما وقتی بستهبندی، خنککنندگی و سیمکشی اضافه شود، پک کامل احتمالا نزدیک به ۳۳۰ واتساعت بر کیلوگرم تحویل میدهد. فولکسواگن باید وزن پک را زیر ۴۵۰ کیلوگرم نگه دارد تا مزیت ۵۰۰ مایلی خود را نسبت به بهترین EVهای فعلی مانند Lucid Air Grand Touring که با پک ۱۰۵ کیلوواتساعتی لیتیوم-یون ۵۱۶ مایل میگیرد، حفظ کند.»
چالشهای پیش رو: هزینه، دوام و هوای سرد
حتی با موفقیت نمونه اولیه، چند مانع باقی مانده است. آند لیتیوم-فلز در حین شارژ متورم میشود و تنش مکانیکی ایجاد میکند که میتواند جداکننده جامد را پس از سیکلهای مکرر ترک دهد. فولکسواگن میگوید نمونه اولیه پس از ۱۲۰۰ سیکل کامل، ۸۰ درصد ظرفیت را حفظ میکند، اما این کمتر از آستانه ۱۵۰۰ سیکل است که معمولاً برای خودروهای سواری تحت گارانتی لازم است. این شرکت در حال بررسی یک پوشش نازک کربنی روی آند برای کاهش تغییرات حجم است. عملکرد در هوای سرد، یک ضعف شناخته شده سلولهای حالت جامد، با یک لایه گرمایش داخلی تعبیه شده در سیستم مدیریت باتری (BMS) در حال رفع است؛ راه حلی که هزینه و پیچیدگی اضافه میکند.
علاوه بر این، فولکسواگن تأیید کرد که هنوز از فناوری ۱۰۰ درصد حالت جامد استفاده نمیکند. نمونه اولیه هنوز حاوی مقدار کمی الکترولیت مایع درون منافذ جداکننده است تا رسانایی یونی در دماهای پایین بهبود یابد. بلوم این را یک «طراحی انتقالی» توصیف کرد و تأیید کرد که نسخه کاملاً بدون مایع در نقشه راه برای سال ۲۰۲۹ قرار دارد.
پیامدهای بازار و گامهای بعدی
فولکسواگن انتظار دارد باتری حالت جامد ابتدا در یک نسخه محدود از ID.7 در سال ۲۰۲۶ ظاهر شود، با قیمتی حدود ۱۵ هزار یورو بالاتر از مدل استاندارد. هدف بلندمدت شرکت کاهش ۵۰ درصدی هزینه کل پک نسبت به باتری فعلی ID.4 است تا یک EV مقرون به صرفه با برد ۵۰۰ مایل تا سال ۲۰۳۰ محقق شود. برای این کار، فولکسواگن باید تامین مطمئن مواد خام کلیدی - لیتیوم، گوگرد و سرامیک - را تضمین کند و در عین حال ظرفیت تولید داخلی سلول را تا سال ۲۰۳۰ به ۲۴۰ گیگاواتساعت در سال برساند.
آزمون بزرگ بعدی در سهماهه اول ۲۰۲۵ خواهد بود، زمانی که فولکسواگن قصد دارد سلولهای حالت جامد را در ناوگانی از ۵۰ خودروی آزمایشی برای آزمایشهای جادهای عمومی در آلمان و ایالات متحده نصب کند. اگر این آزمایشها اعداد برد و دوام را تأیید کنند، EV 500 مایلی میتواند خیلی زودتر از آنچه بیشتر ناظران صنعت پیشبینی میکردند به واقعیتی رایج تبدیل شود.