الحائز على جائزة نوبل أكيرا يوشينو: بطارية الليثيوم ستظل تهيمن على صناعة البطاريات خلال عشر سنوات

[كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم في المستقبل قد تصل إلى 1.5 مرة إلى 2 أضعاف التيار، مما يعني أن البطاريات ستصبح أصغر. ]
[يتراوح نطاق خفض تكلفة بطارية ليثيوم أيون على الأكثر بين 10% و30%. من الصعب خفض السعر إلى النصف. ]
من الهواتف الذكية إلى السيارات الكهربائية، تتسلل تكنولوجيا البطاريات تدريجيًا إلى كل جانب من جوانب الحياة. إذن، ما هو الاتجاه الذي ستتطور فيه البطارية المستقبلية وما هي التغييرات التي ستجلبها إلى المجتمع؟ مع وضع هذه الأسئلة في الاعتبار، أجرى موقع First Financial Reporter مقابلة الشهر الماضي مع أكيرا يوشينو، العالم الياباني الذي فاز بجائزة نوبل في الكيمياء عن بطاريات الليثيوم أيون هذا العام.
ويرى يوشينو أن بطاريات الليثيوم أيون ستظل تهيمن على صناعة البطاريات في السنوات العشر القادمة. إن تطوير تقنيات جديدة مثل الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء سيؤدي إلى تغييرات "لا يمكن تصورها" في آفاق تطبيق بطاريات الليثيوم أيون.
تغيير لا يمكن تصوره
عندما أصبح يوشينو على دراية بمصطلح "المحمولة"، أدرك أن المجتمع يحتاج إلى بطارية جديدة. في عام 1983، ولدت أول بطارية ليثيوم في العالم في اليابان. أنتج يوشينو أكيرا أول نموذج أولي في العالم لبطارية ليثيوم أيون قابلة لإعادة الشحن، وسيقدم مساهمة بارزة في تطوير بطاريات ليثيوم أيون المستخدمة على نطاق واسع في الهواتف الذكية والسيارات الكهربائية في المستقبل.
وفي الشهر الماضي، قال أكيرا يوشينو في مقابلة حصرية مع الصحفي المالي رقم 1 إنه بعد أن علم بفوزه بجائزة نوبل، "ليس لديه أي مشاعر حقيقية". "لقد جعلتني المقابلات الكاملة لاحقًا مشغولة جدًا، ولم أستطع أن أكون سعيدًا جدًا." قال أكيرا يوشينو. "ولكن مع اقتراب موعد استلام الجوائز في ديسمبر/كانون الأول، أصبحت حقيقة الجوائز أقوى".
في السنوات الثلاثين الماضية، فاز 27 عالمًا يابانيًا أو يابانيًا بجائزة نوبل في الكيمياء، لكن اثنين منهم فقط، بما في ذلك أكيرا يوشينو، حصلوا على جوائز كباحثين في الشركات. "في اليابان، يحصل الباحثون من المعاهد البحثية والجامعات عمومًا على جوائز، وقد فاز عدد قليل من الباحثين في الشركات من الصناعة بجوائز." قال أكيرا يوشينو لصحيفة First Financial Journal. وشدد أيضا على توقعات الصناعة. وهو يعتقد أن هناك الكثير من الأبحاث على مستوى نوبل داخل الشركة، ولكن يجب على الصناعة اليابانية تحسين قيادتها وكفاءتها.
يعتقد يوشينو أكيرا أن تطوير تقنيات جديدة مثل الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء سيؤدي إلى تغييرات "لا يمكن تصورها" في آفاق تطبيق بطاريات الليثيوم أيون. على سبيل المثال، سيؤدي تقدم البرمجيات إلى تسريع عملية تصميم البطارية وتطوير مواد جديدة، ويمكن أن يؤثر على استخدام البطارية، مما يسمح باستخدام البطارية في أفضل بيئة.
كما يشعر يوشينو أكيرا بقلق بالغ إزاء مساهمة بحثه في حل قضايا تغير المناخ العالمي. وقال لصحيفة First Financial Journal أنه حصل على الجائزة لسببين. الأول هو المساهمة في تطوير مجتمع الهاتف المحمول الذكي؛ والثاني هو توفير وسيلة هامة لحماية البيئة العالمية. "ستصبح المساهمة في حماية البيئة أكثر وضوحًا في المستقبل. وفي الوقت نفسه، تعد هذه أيضًا فرصة تجارية رائعة." وقال أكيرا يوشينو لمراسل مالي.
أخبر يوشينو أكيرا الطلاب خلال محاضرة ألقاها في جامعة ميجو كأستاذ أنه نظرًا للتوقعات العالية للجمهور لاستخدام الطاقة المتجددة والبطاريات كإجراء مضاد للاحتباس الحراري، فإنه سيقدم معلوماته الخاصة، بما في ذلك الأفكار حول القضايا البيئية. "
من سيهيمن على صناعة البطاريات
أدى تطور تكنولوجيا البطاريات إلى إطلاق ثورة في مجال الطاقة. من الهواتف الذكية إلى السيارات الكهربائية، أصبحت تكنولوجيا البطاريات منتشرة في كل مكان، وتغير كل جانب من جوانب حياة الناس. ما إذا كانت البطارية المستقبلية ستصبح أكثر قوة وتكلفة أقل ستؤثر على كل واحد منا.
في الوقت الحاضر، تلتزم الصناعة بتحسين سلامة البطارية مع زيادة كثافة طاقة البطارية. ويساعد تحسين أداء البطارية أيضًا على معالجة تغير المناخ من خلال استخدام الطاقة المتجددة.
ويرى يوشينو أن بطاريات الليثيوم أيون ستظل تهيمن على صناعة البطاريات في السنوات العشر القادمة، لكن تطوير التقنيات الجديدة وصعودها سيستمر أيضًا في تعزيز تقييم الصناعة وآفاقها. وقال يوشينو أكيرا لـ First Business News إن كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم في المستقبل قد تصل إلى 1.5 مرة إلى 2 ضعف التيار، مما يعني أن البطارية ستصبح أصغر. "وهذا يقلل من المادة وبالتالي يقلل من التكلفة، ولكن لن يكون هناك انخفاض كبير في تكلفة المادة." وقال: «إن التخفيض في تكلفة بطاريات الليثيوم أيون يتراوح على الأكثر بين 10% و30%. تريد خفض السعر إلى النصف أكثر صعوبة. "
هل سيتم شحن الأجهزة الإلكترونية بشكل أسرع في المستقبل؟ وردًا على ذلك، قال أكيرا يوشينو إن الهاتف المحمول يمتلئ خلال 5 إلى 10 دقائق، وهو ما تم تحقيقه في المختبر. لكن الشحن السريع يتطلب جهدًا كهربائيًا قويًا، مما سيؤثر على عمر البطارية. في العديد من المواقف في الواقع، قد لا يحتاج الأشخاص إلى الشحن بسرعة كبيرة.
من بطاريات الرصاص الحمضية المبكرة، إلى بطاريات هيدريد معدن النيكل التي تمثل الدعائم الأساسية للشركات اليابانية مثل تويوتا، إلى بطاريات أيون الليثيوم التي استخدمتها شركة تيسلا روستر في عام 2008، سيطرت بطاريات الليثيوم أيون السائلة التقليدية على بطاريات الطاقة السوق لمدة عشر سنوات. في المستقبل، سوف يصبح التناقض بين كثافة الطاقة ومتطلبات السلامة وتكنولوجيا بطاريات الليثيوم أيون التقليدية بارزًا بشكل متزايد.
ردًا على التجارب ومنتجات بطاريات الحالة الصلبة من الشركات الأجنبية، قال أكيرا يوشينو: “أعتقد أن بطاريات الحالة الصلبة تمثل اتجاهًا مستقبليًا، ولا يزال هناك مجال كبير للتحسين. آمل أن أرى تقدمًا جديدًا قريبًا.
وقال أيضًا إن بطاريات الحالة الصلبة تشبه في التكنولوجيا بطاريات الليثيوم أيون. "من خلال تحسين التكنولوجيا، يمكن أن تصل سرعة سباحة أيون الليثيوم أخيرًا إلى حوالي 4 أضعاف السرعة الحالية." وقال أكيرا يوشينو لمراسل في First Business News.
بطاريات الحالة الصلبة هي بطاريات ليثيوم أيون تستخدم إلكتروليتات الحالة الصلبة. نظرًا لأن إلكتروليتات الحالة الصلبة تحل محل الإلكتروليت العضوي المحتمل الانفجار في بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، فإن هذا يحل مشكلتين رئيسيتين هما كثافة الطاقة العالية وأداء السلامة العالي. يتم استخدام إلكتروليتات الحالة الصلبة بنفس الطاقة. تتمتع البطارية التي تحل محل الإلكتروليت بكثافة طاقة أعلى، وفي الوقت نفسه تتمتع بقوة أكبر ووقت استخدام أطول، وهو اتجاه تطوير الجيل التالي من بطاريات الليثيوم.
لكن بطاريات الحالة الصلبة تواجه أيضًا تحديات مثل تقليل التكاليف، وتحسين سلامة الإلكتروليتات الصلبة، والحفاظ على الاتصال بين الأقطاب الكهربائية والإلكتروليتات أثناء الشحن والتفريغ. في الوقت الحاضر، تستثمر العديد من شركات السيارات العملاقة العالمية بكثافة في البحث والتطوير لبطاريات الحالة الصلبة. على سبيل المثال، تعمل شركة تويوتا على تطوير بطارية ذات حالة صلبة، ولكن لم يتم الكشف عن التكلفة. تتوقع المؤسسات البحثية أنه بحلول عام 2030، من المتوقع أن يصل الطلب العالمي على بطاريات الحالة الصلبة إلى 500 جيجاوات في الساعة.
وقال البروفيسور وايتنجهام، الذي تقاسم جائزة نوبل مع أكيرا يوشينو، إن بطاريات الحالة الصلبة قد تكون أول من استخدم في الإلكترونيات الصغيرة مثل الهواتف الذكية. "لأنه لا تزال هناك مشكلات كبيرة في تطبيق الأنظمة واسعة النطاق." قال البروفيسور ويتنجهام.