ثلاثة إنجازات رئيسية في تكنولوجيا البطاريات الصلبة ساهمت بشكل كبير في تسريع عملية التصنيع!

أخبار شبكة تخزين الطاقة الصينية: نشر فريق البروفيسور تشانغ تشيانغ من جامعة تسينغهوا مؤخراً نتائج بحثية مهمة في مجلة Nature حول إلكتروليت بوليمر جديد قائم على البولي إيثر المفلور، والذي يمكّن بطاريات الليثيوم المعدنية من تحقيق كثافة طاقة مذهلة تبلغ 604 واط ساعة/كجم ويظهر خصائص أمان ممتازة.

في الوقت نفسه تقريبًا، حققت مؤسسات مثل معهد الفيزياء ومعهد بحوث المعادن التابعين للأكاديمية الصينية للعلوم سلسلة من الإنجازات في مجال بطاريات الحالة الصلبة، حيث حلت مشكلات جوهرية مثل تلامس الأسطح الصلبة والتوصيل الأيوني. تُعيد هذه الإنجازات المبتكرة لفرق البحث الصينية رسم المسار التكنولوجي لبطاريات الطاقة من الجيل التالي، وتفتح آفاقًا جديدة في مجالات مثل المركبات الكهربائية وتخزين الطاقة والاقتصاد في المناطق المنخفضة. الدعم السياسي: مسار التصنيع واضح. منذ عام 2025، تم تطبيق سياسات وطنية مكثفة بشأن التصميم الأمثل لبطاريات الليثيوم الصلبة، مما يشجع وينظم التطور السليم والمنظم لهذه الصناعة. في فبراير 2025، أصدرت ثماني جهات حكومية وطنية بشكل مشترك "خطة عمل لتطوير صناعة تخزين الطاقة الجديدة بجودة عالية"، مُدرجةً بطاريات الحالة الصلبة كاتجاه بحثي رئيسي، وداعمةً لتطوير بطاريات الليثيوم والصوديوم الصلبة، ومقترحةً إنشاء 3-5 شركات رائدة عالميًا بحلول عام 2027. وفي أبريل 2025، اقترحت وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات بوضوح إنشاء نظام معياري كامل لبطاريات الحالة الصلبة في "النقاط الرئيسية لأعمال معايير الصناعة وتكنولوجيا المعلومات لعام 2025"، وطالبت بتسريع تطوير معايير بطاريات الحالة الصلبة الكاملة واختبار بطاريات الطاقة أثناء الخدمة في "النقاط الرئيسية لأعمال توحيد معايير السيارات لعام 2025". وفي مايو 2025، أصدرت الجمعية الصينية لمهندسي السيارات المعيار الجماعي "طريقة تحديد بطاريات الحالة الصلبة بالكامل"، والذي عرّف لأول مرة بطاريات الحالة الصلبة بالكامل (محتوى المادة السائلة) تعريفًا واضحًا < بنسبة 1%)، مما يزيل الغموض الذي طال أمده في تعريف هذه الصناعة. في سبتمبر 2025، دخل مشروع البحث والتطوير الرئيسي لبطاريات الحالة الصلبة، الذي أطلقته وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات في عام 2024 بقيمة 6 مليارات يوان، مرحلة المراجعة النصفية. وستحصل المشاريع التي تجتاز المراجعة على تمويل لاحق، مع التركيز على دعم تقنيات مثل إلكتروليتات الكبريتيد وبطاريات الحالة شبه الصلبة. وتقدم لجنة التنمية والإصلاح الوطنية دعمًا بنسبة 15% على الاستثمار الفعلي في مشاريع بطاريات الحالة الصلبة من خلال سندات الخزانة طويلة الأجل للغاية. علاوة على ذلك، لا تزال سياسة دعم مركبات الطاقة الجديدة سارية المفعول. وتتلقى المركبات المجهزة ببطاريات الحالة شبه الصلبة دعمًا إضافيًا قدره 15000 يوان لكل مركبة، بينما يرتفع الدعم المقدم لمركبات بطاريات الحالة الصلبة بالكامل إلى 30000 يوان لكل مركبة؛ وتستمر هذه السياسة حتى عام 2027.

ثلاثة إنجازات تكنولوجية رئيسية: التغلب على تحدي التلامس بين الأسطح الصلبة

تُعتبر بطاريات الليثيوم الصلبة، نظرًا لسلامتها العالية وكثافة طاقتها الكبيرة، اتجاهًا هامًا لتطوير تقنيات تخزين الطاقة من الجيل القادم. مع ذلك، لطالما واجه تسويق بطاريات الليثيوم المعدنية الصلبة بالكامل ستة تحديات رئيسية، تشمل واجهة المواد الصلبة، واستقرار المواد، ومشاكل التكثيف. ويُعدّ ضعف التلامس بين القطب والإلكتروليت التحدي الأبرز. فالإلكتروليتات الصلبة الكبريتية الشائعة الاستخدام صلبة وهشة كالسيراميك، بينما أقطاب الليثيوم المعدنية لينة كالعجين، مما يُصعّب التصاقهما بإحكام.

لمعالجة هذا التحدي، طوّر معهد الفيزياء التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، بالتعاون مع عدة مؤسسات أخرى، مادة لاصقة خاصة هي أيونات اليود. أثناء تشغيل البطارية، تتحرك هذه الأيونات على طول المجال الكهربائي إلى السطح الفاصل بين الأقطاب الكهربائية والإلكتروليت، جاذبةً أيونات الليثيوم بنشاط لملء جميع الفراغات والمسام. تضمن تقنية تنظيم الأنيونات هذه رابطة قوية بين الأقطاب الكهربائية والإلكتروليت. أظهرت الاختبارات أن البطاريات النموذجية المصنعة باستخدام هذه التقنية حافظت على أداء مستقر بعد مئات دورات الشحن والتفريغ.

ابتكر معهد أبحاث المعادن التابع للأكاديمية الصينية للعلوم تقنية تحويل مرنة، تستخدم مواد بوليمرية لإنشاء هيكل داعم للإلكتروليت، مما يجعل البطارية مقاومة للشد والسحب كنسخة مطورة من غلاف بلاستيكي. وتبقى البطارية المرنة التي تم الحصول عليها بهذه التقنية سليمة حتى بعد 20,000 انحناء ولف، كما أن "الأجزاء الكيميائية الصغيرة" المضافة إلى الهيكل المرن تزيد مباشرة من سعة تخزين الطاقة للبطارية بنسبة 86%.

تستخدم تقنية "الفلور المعزز" التي طورتها جامعة تسينغهوا مواد البولي إيثر المفلورة لتعديل الإلكتروليت. وبفضل مقاومة الفلور العالية للجهد العالي، تتشكل "غلاف واقٍ من الفلوريد" على سطح القطب الكهربائي لمنع الجهد العالي من "تلف" الإلكتروليت. وقد اجتازت هذه التقنية اختبارات اختراق المسامير واختبارات درجة حرارة عالية تصل إلى 120 درجة مئوية دون أن تنفجر عند الشحن الكامل، محققةً بذلك توازناً مثالياً بين السلامة والمدى.

الآن، يتم حل التحدي الذي كان يبدو في السابق مستحيلاً والذي يتمثل في واجهة المواد الصلبة، على غرار العلاقة بين "اللوحة الخزفية" و"الصلصال"، بذكاء من قبل فرق البحث الصينية باستخدام ثلاث تقنيات رئيسية: "مادة لاصقة خاصة"، و"إطار مرن"، و"تقوية بالفلور"، مما يؤدي إلى تسريع كبير في تصنيع بطاريات الحالة الصلبة.

القيمة التكنولوجية: قفزة مزدوجة في السلامة وكثافة الطاقة. إن الاختراق التكنولوجي في بطاريات الحالة الصلبة بالكامل لا يعني فقط زيادة كثافة الطاقة، بل يمثل أيضًا مسارًا حاسمًا لحل مشكلات سلامة البطاريات بشكل جذري.

صرحت مياو ليكسياو، المديرة العامة لقسم البحث والتطوير في مجال التقنيات الرائدة بشركة سفولت إنرجي، قائلةً: "تكمن مخاطر السلامة الحالية لبطاريات الليثيوم أيون السائلة في استخدام الإلكتروليتات العضوية السائلة القابلة للاشتعال، والتي تُعدّ شديدة التأثر بالاحتراق أو حتى الانفجار في ظروف الهروب الحراري." إن إزالة المكونات السائلة بالكامل واستبدالها بإلكتروليتات صلبة غير قابلة للاشتعال سيؤدي إلى قفزة نوعية في السلامة الذاتية للبطاريات. وفي الوقت نفسه، ستُسهم التطورات في تكنولوجيا البطاريات الصلبة في إحداث تحول جذري في منظومة الطاقة الجديدة بأكملها. ويعتقد وانغ مينغوانغ، مؤسس مجموعة سونودا، أن بطاريات المستقبل لن تكون مجرد مكونات مستقلة، بل ستكون "الوحدة الأساسية" لمنظومة الطاقة الجديدة بأكملها. وتُعد استراتيجية "Battery+" التي اقترحتها سونودا سابقًا استراتيجية شاملة تركز على تكنولوجيا البطاريات، حيث تُقدم لعملاء وشركاء الصناعة مجموعة متكاملة من خدمات "Battery+".

تمويل ربط الشبكة وتوسيع السعة: تسريع التنفيذ في عام 2025. في حين تُسجّل تطورات إيجابية بشكل متكرر في المختبرات، فقد تسارعت أيضًا عملية تصنيع بطاريات شبه الصلبة/الصلبة. وفيما يتعلق بمشاريع ربط الشبكة، ووفقًا لإحصاءات غير مكتملة من قاعدة بيانات فرع تطبيقات تخزين الطاقة التابع لجمعية تخزين الطاقة الصينية (CESA)، ستبلغ السعة الجديدة المضافة لربط مشاريع تخزين الطاقة ببطاريات شبه الصلبة/الصلبة في الصين بالشبكة 133.12 ميغاواط/291.23 ميغاواط ساعة خلال الفترة من يناير إلى أكتوبر 2025. وقد تم ربط 9 مشاريع بالشبكة، منها 5 مشاريع خاصة بالمستخدمين، و3 مشاريع خاصة بالشبكة، ومشروع واحد خاص بإمدادات الطاقة، موزعة في مقاطعات تشجيانغ، وغوانغدونغ، وجيانغسو، وتشينغهاي، وشاندونغ، وشانغهاي، وغيرها من المناطق.

التطورات الدولية: اشتداد السباق التكنولوجي

على الصعيد الدولي، تشتد المنافسة التكنولوجية في تطوير بطاريات الحالة الصلبة. فعلى سبيل المثال، مولت وزارة الاقتصاد والتجارة والصناعة اليابانية (METI) أربعة مشاريع لبطاريات الحالة الصلبة بالكامل من خلال برنامج ضمان إمدادات البطاريات، بقيمة إجمالية قدرها 104 مليارات ين (حوالي 4.85 مليار يوان)، مع التركيز على دعم تطوير إلكتروليتات الكبريتيد. وحصلت شركة إيديميتسو كوسان على دعم مالي قدره 7.1 مليار ين لإنشاء خط إنتاج لكبريتيد الليثيوم، مع خطة لبدء الإنتاج الضخم في عام 2027، لتزويد سيارات تويوتا التي تعمل ببطاريات الحالة الصلبة بالكامل. وتخطط تويوتا لإطلاق طراز فاخر مزود ببطاريات كبريتيد الحالة الصلبة في عام 2027، وستبدأ هوندا الإنتاج التجريبي على خطها التجريبي في عام 2025، ومن المقرر تركيب بطارية نيسان للحالة الصلبة بالكامل، التي طُورت بالتعاون مع وكالة ناسا، في السيارات في عام 2028. ويستخدم الاتحاد الأوروبي تعريفات الكربون لتحفيز التحديثات التكنولوجية وتقديم دعم مالي أكثر استهدافًا. على سبيل المثال، تخطط مبادرة "هورايزون أوروبا" لإطلاق مشروع بقيمة 15 مليون يورو في مايو 2025 لدعم تطوير بطاريات الحالة الصلبة بالكامل لتخزين الطاقة على المدى الطويل، مع التركيز على معالجة قضايا التكلفة وعمر دورة الشحن والتفريغ. وفي يوليو 2025، خصص صندوق الابتكار (IF24) مبلغ 852 مليون يورو لستة مشاريع لبطاريات الحالة الصلبة لتصنيع خلايا البطاريات عالية الأداء وابتكار المواد، بمشاركة شركات مثل BASF (ألمانيا) وTotalEnergies (فرنسا). علاوة على ذلك، بدءًا من فبراير 2025، اشترط الاتحاد الأوروبي الحصول على شهادة من جهة خارجية بشأن البصمة الكربونية لبطاريات السيارات الكهربائية، مع تطبيق كامل لنظام جوازات البطاريات في عام 2027، مما أجبر شركات البطاريات الصينية على تسريع التحديثات التكنولوجية أو إنشاء مصانع في الخارج. أما في الولايات المتحدة، فينصب التركيز على كل من توطين سلسلة التوريد والاختراقات التكنولوجية. وفي يناير 2025، أعلنت الولايات المتحدة عن تخصيص 725 مليون دولار خصيصًا لمعالجة مواد البطاريات وتصنيع بطاريات الحالة الصلبة. في يونيو، خصص برنامج SCALE UP مبلغ 20 مليون دولار لشركة Ion Storage Systems لتعزيز تسويق بطاريات الحالة الصلبة الكبريتية (وزارة الطاقة الأمريكية). استثمرت فولكس فاجن 2.5 مليار يورو إضافية في شركة QuantumScape في الولايات المتحدة، بهدف الإنتاج الضخم لبطاريات الحالة الصلبة بحلول عام 2027؛ وتتعاون فورد مع شركة Factorial Energy لتطوير بطارية بسعة 450 واط/كجم، على أن تبدأ اختباراتها على الطرق في عام 2025. من جهة أخرى، تركز كوريا الجنوبية على مجالات متخصصة، حيث يتعاون القطاع الصناعي والأوساط الأكاديمية والبحثية. في فبراير 2025، استثمرت كوريا الجنوبية 430 مليار وون لدعم البحث والتطوير في مجال بطاريات الحالة الصلبة بالكامل وبطاريات الليثيوم والكبريت، مما يقلل اعتمادها على العناصر الأرضية النادرة. في مايو 2025، تم إطلاق مشروع بقيمة 35.8 مليار وون (حوالي 200 مليون يوان) حول بطاريات الحالة الصلبة القائمة على البوليمر، حيث عملت شركة Amo Greentech وجامعة تشونغنام الوطنية وغيرها معًا، بهدف توفير عينات لمصنعي الإلكترونيات الاستهلاكية بحلول عام 2027.

الجدول الزمني للإنتاج الضخم: 2027 علامة فارقة رئيسية

حالياً، تم وضع جدول زمني واضح للإنتاج الضخم لبطاريات الحالة الصلبة في هذا القطاع. تخطط شركتا CATL وZhongchuang Innovation Aviation للوصول إلى تركيب بطاريات الحالة الصلبة بالكامل في المركبات بحلول عام 2027. وتعتزم شركة Changan Automobile الكشف عن أول نموذج أولي لمركبتها بحلول نهاية عام 2025 وبدء الإنتاج الضخم في عام 2027، حيث توفر بطاريتها مستوى أمان محسّناً بنسبة 70% مقارنةً بالبطاريات السائلة. وقد طورت شركة Dongfeng Motor بالفعل منتجاً بسعة 350 واط/كجم بمدى يتجاوز 1000 كيلومتر. وحددت كل من BYD وGeely وGAC عام 2027 كمعلم رئيسي لتركيب هذه البطاريات في المركبات. بل إن بعض الشركات أكثر طموحاً: تتوقع شركة Farasis Energy تسليم بطاريات كبريتيد صلبة بالكامل بسعة 60 أمبير/ساعة بحلول نهاية عام 2025، وقد تم الانتهاء من أول خط إنتاج تجريبي لشركة Guoxuan High-Tech. في 23 أكتوبر، وخلال مؤتمر تطوير صناعة بطاريات الطاقة الجديدة لعام 2025، أطلقت شركة Sunwoda جيلها الجديد من بطاريات البوليمر الصلبة بالكامل، "Xin·Bixiao"، بكثافة طاقة تبلغ 400 واط/كجم وعمر دورة يصل إلى 1200 دورة تحت ضغط منخفض للغاية (<1 ميجا باسكال). تتوقع شركة Sunwoda بناء خط إنتاج تجريبي لخلايا الحالة الصلبة البوليمرية بسعة 0.2 جيجا واط ساعة بحلول نهاية عام 2025، وقد نجحت في تطوير واختبار عينة مختبرية لبطارية الليثيوم المعدنية الفائقة بسعة 520 واط ساعة/كجم.

تحديات التكلفة: عقبة حقيقية أمام الإنتاج الضخم لبطاريات الحالة الصلبة

على الرغم من الإنجازات التكنولوجية الواعدة، لا تزال التكلفة عائقًا رئيسيًا أمام تصنيع وإنتاج بطاريات الحالة الصلبة على نطاق واسع. إذ تصل تكلفة المواد اللازمة لتصنيع هذه البطاريات وحدها إلى 2 يوان/واط ساعة، أي ما بين ثلاثة إلى خمسة أضعاف تكلفة بطاريات الليثيوم أيون السائلة التقليدية. ويحذر وانغ تشينغشنغ، مدير معهد البحوث الصيني الروسي لتكنولوجيا مواد الطاقة الجديدة، من ضرورة التعامل مع العلم والتكنولوجيا بمنهجية صارمة وعملية. ويضيف: "إن أي تقنية ثورية، تتضمن تقنيات متطورة مثل الشحن فائق السرعة، ودرجات الحرارة المنخفضة للغاية، والسلامة المطلقة، والتي لم يتم التحقق من صحتها بعد من خلال الإنتاج الضخم على نطاق واسع، ستخالف بوضوح منطق الأعمال الأساسي المتمثل في "ميزة التكنولوجيا" و"تقاسم تكاليف البحث والتطوير" إذا تم تحديد تكلفتها المستهدفة بأقل من تكلفة تقنيات البطاريات الحالية والناضجة للغاية، والتي تم تحسينها على مدى عشر سنوات وتتنافس الآن في سوق شديدة التنافسية." يعتقد العاملون في هذا القطاع عمومًا أن التكلفة الأولية للإنتاج الضخم لبطاريات الحالة الصلبة ستتجاوز ضعف تكلفة البطاريات الحالية، وأن خفض التكاليف لاحقًا سيتطلب تطويرًا تقنيًا مستمرًا. علاوة على ذلك، صرّح مياو ليكسياو، المدير العام لقسم البحث والتطوير في مجال التقنيات الرائدة بشركة سفولت إنرجي، بصراحة أن تصنيع بطاريات الحالة الصلبة بالكامل على نطاق صناعي يواجه تحديات تقنية عديدة. وأضاف: "هناك ما يقارب 172 تحديًا تقنيًا يجب التغلب عليها لتصنيعها على نطاق صناعي، وقد تكون الصعوبات الفعلية أكبر إذا أخذنا في الاعتبار تعقيد عملية التصنيع". آفاق التطبيق: من الأسواق الراقية إلى الانتشار الواسع

فيما يتعلق بمسار تسويق بطاريات الحالة الصلبة بالكامل، يعتقد تشو غاولونغ، رئيس مجلس إدارة شركة سيتشوان سيكو لتكنولوجيا الطاقة المحدودة، أن المهمة الأساسية لهذه البطاريات هي تحقيق قفزة تكنولوجية كبيرة وإنتاج منتجات قابلة للاستخدام الفعلي في تطبيقات محددة. ومن المتوقع أن تُطبّق بطاريات الحالة الصلبة بالكامل أولاً في مجالات متخصصة ذات تكلفة منخفضة نسبياً، مثل اقتصاد المناطق المنخفضة، والطاقة الهجينة، ومنصات الحفر ذات درجات الحرارة العالية. في هذه المجالات، يجب ألا تقتصر بطاريات الحالة الصلبة بالكامل على امتلاك الأداء الأساسي المطلوب لأجهزة تخزين الطاقة فحسب، بل يجب أن تتجاوز أيضاً حدود البطاريات السائلة بشكل ملحوظ من حيث السلامة. وأشار وو هوي، عميد معهد أبحاث EV10، إلى أنه بحلول عام 2024، وصل حجم شحنات بطاريات الحالة شبه الصلبة إلى نطاق الجيجاواط/ساعة، متجاوزاً بذلك قطاعات السلع الاستهلاكية الراقية ومجالات التطبيقات الخاصة مثل المركبات ذاتية القيادة، كما بدأت اختبارات المركبات في سيارات الركاب. تم تقديم موعد بدء الإنتاج الصناعي المخطط له لبطاريات الحالة الصلبة بالكامل من عام 2030 إلى عام 2027. وتتوقع بعض المؤسسات البحثية أن تصل شحنات بطاريات الحالة الصلبة العالمية بحلول عام 2030 إلى 614 جيجاواط/ساعة، ستشكل بطاريات الحالة الصلبة بالكامل منها ما يقارب 30%. ومع نضوج تقنية بطاريات الحالة الصلبة وتوسع الطاقة الإنتاجية، من المتوقع أن تنخفض التكاليف تدريجيًا، مما سيزيد من انتشارها في مركبات الطاقة الجديدة، ويوسع نطاق استخدامها ليشمل تطبيقات جديدة مثل الطائرات الكهربائية والروبوتات بعيدة المدى، لتنتقل من سوق المنتجات الفاخرة إلى سوق الاستخدام الواسع. إن الحلم التجاري الذي كان بعيد المنال في السابق، والمتمثل في بطاريات الحالة الصلبة بالكامل، يتسارع الآن بوتيرة تتجاوز توقعات الصناعة.