پایان سلطه باتری‌های چینی؟ این فناوری جدید هم ارزان‌تر است و هم ۱۶۰ کیلومتر برد بیشتری دارد

جایی در حوالی دیترویت، جنرال موتورز آزمایشگاهی مجهز و مخفی راه انداخته که در آن تیمی از دانشمندان و مهندسان مشغول تست باتری‌های لیتیوم یونی و فناوری‌های جدیدتر هستند. در این آزمایشگاه، باتری‌های غول‌پیکر ۱۳۰۰ کیلویی را از محفظه‌ای خاص آویزان می‌کنند و آن‌قدر وحشیانه تکان می‌دهند که انگار می‌خواهند اسموتی درست کنند!

در بخش‌های دیگر، سلول‌ها را در گرمای جهنمی بیابان و سرمای یخ‌بندان قطب «شکنجه» می‌دهند، یا در رطوبت جنگل و زیر چرخه‌های پی‌درپی شارژ و دشارژ که می‌توانند فرانکنشتاین را چند بار دیگر به زندگی برگردانند.

اما این‌همه خشونت فنی برای چیست؟ اگر بخواهیم در یک کلمه جواب دهیم، جنگ.

بازار خودروهای برقی آمریکا حال خوشی ندارد؛ یارانه‌های دولتی حذف شده‌اند، قیمت‌ها بالاست و GM روی هر خودروی برقی ضرر می‌دهد. در همین حال، چین با باتری‌های ارزان‌قیمت، بازار جهانی را قبضه کرده و بسیاری معتقدند کار برای دیترویت تمام شده است. اما GM می‌خواهد با یک سلاح تازه به اسم LMR، ورق را برگرداند. آیا این سرمایه‌گذاری میلیارددلاری می‌تواند غول در حال ضرر را به برنده‌ی این رقابت تبدیل کند؟

به گزارش وبسایت ورج در لابراتوار دیترویت پژوهشگرانی دیده می‌شوند که با میکروسکوپ‌های الکترونی ساختار شیمیایی سلول‌ها را تا مقیاس اتمی بررسی می‌کنند.

کمی آن‌سوتر کار به مقیاس‌های بزرگ‌تری می‌رسد، جایی «مگاشیکر» خودنمایی می‌کند: محفظه‌ی عظیمی که یکی از باتری‌های دوطبقه‌ی ۲۰۵ کیلووات‌ساعتی جنرال موتورز را در خود جا داده است؛ همان باتری‌هایی که خودروهای بزرگی مثل کادیلاک اسکلید IQ را نیرو می‌دهند.

در فضای کنترل‌شده‌ی مگاشیکر، شرایطی مانند در چاله افتادن یا ضربه‌های جاده‌ای را برای باتری‌ها شبیه‌سازی می‌کنند. جنرال موتورز با بهره‌گیری از ده‌ها محفظه‌ی آزمایش برای سلول‌های منفرد، ماژول‌ها و پک‌های کامل، می‌تواند ۱۰ سال و ۴۰۰ هزار کیلومتر استفاده‌ی واقعی از یک باتری را تنها در شش ماه بازسازی کند.

اما دنیای واقعی این روزها چندان مهربان نیست. عقب‌نشینی قوانین آلایندگی در دولت ترامپ، خودروسازان را دوباره به سمت موتورهای احتراق داخلی سوق داد و از طرف دیگر حذف اعتبار مالیاتی فدرال ۷۵۰۰ دلاری برای خودروهای برقی نیز ضربه‌ی سنگینی بود که به گفته‌ی جنرال موتورز، مستقیماً ۱٫۶ میلیارد دلار از سود سه‌ماهه‌ی اخیر این شرکت کاست.

جنرال موتورز اما قصد عقب‌نشینی ندارد و درحالی‌که بخش موتورهای احتراق داخلی خود را تقویت می‌کند، می‌خواهد در جبهه‌ی خودروهای برقی نیز تهاجمی ظاهر شود. این شرکت حالا در مرکز فنی بزرگ خود (کمپی کلاسیک با طراحی ارو سارینن) از نسل تازه‌ای از باتری‌ها رونمایی می‌کند: باتری‌های لیتیوم منگنز غنی یا همان LMR.

بسیاری از تحلیلگران و سرمایه‌گذاران می‌گویند دیترویت دیگر شانسی برای رقابت با چین در عرصه‌ی جهانی خودروهای برقی ندارد. اما مدیران و مهندسان جنرال موتورز قاطعانه مخالف‌اند.

آن‌ها معتقدند که چین با حمایت‌های دولتی، یارانه‌های تولید و سیاست‌های صنعتی دقیق توانست از یک بازیگر حاشیه‌ای به قدرتی مسلط در دنیای باتری و خودروهای برقی تبدیل شود. در مقابل، دولت ترامپ همان سیاست‌ها را در آمریکا تضعیف کرد، اما جنرال موتورز باور دارد که می‌تواند باتکیه‌بر نوآوری داخلی این فاصله را جبران کند.

این شرکت می‌گوید باتری‌های LMR نه‌تنها مقرون‌به‌صرفه‌تر و پایدارترند، بلکه از باتری‌های محبوب لیتیوم آهن فسفات (LFP) چینی نیز عملکرد بهتری خواهند داشت. به‌زعم مهندسان جنرال موتورز، سلول‌های جدید می‌توانند با هزینه‌ای تقریباً برابر، تا ۳۶ درصد برد حرکتی بیشتری نسبت به باتری‌های LFP داشته باشند؛ تفاوتی که در عمل معادل ۱۶۰ کیلومتر مسافت بیشتر با یک‌بار شارژ خواهد بود.

افزون بر این، هزینه‌ی ساخت هر پک باتری تقریباً ۶ هزار دلار کمتر از باتری‌های نیکل‌بالای فعلی خواهد بود؛ صرفه‌جویی‌ای که می‌تواند حذف اعتبار مالیاتی ۷۵۰۰ دلاری را جبران کند و خودروهای برقی را از نظر قیمت به مدل‌های بنزینی نزدیک‌تر نماید.

اندی اوری، مهندس ارشد باتری جنرال موتورز، می‌گوید: «این فناوری، دستیابی به برد حرکتی پریمیوم را با هزینه‌ای مقرون‌به‌صرفه ممکن می‌سازد.»

کرت کلتی، چهره‌ای شناخته‌شده در صنعت باتری که در تسلا مسئول توسعه‌ی سلول‌ها بود، باور دارد این سلول‌ها (برخلاف باتری‌های حالت جامد) از آن فناوری‌های «دهان‌پرکُن» همیشگی نیستند که فقط روی کاغذ خوب به نظر می‌رسند و هرگز از آزمایشگاه خارج نمی‌شوند. او و ده‌ها مدیر و پژوهشگر دیگر که درگیر این پروژه‌اند، می‌گویند کارایی LMR آزمایش و اثبات شده و آماده تولید انبوه است.

جنرال موتورز برای این هدف بیش از ۹۰۰ میلیون دلار در دو مرکز جدید توسعه‌ی باتری سرمایه‌گذاری کرد؛ رقمی جدا از بیش از ۵ میلیارددلاری که پیش‌تر در خطوط تولید باتری در آمریکا هزینه شده بود.

کلتی که اکنون معاون بخش باتری و پایداری جنرال موتورز است، سابقه‌ی طولانی در این صنعت دارد. او کارش را در سال ۱۹۹۱ با شرکت سونی آغاز کرد، زمانی که نخستین دوربین فیلم‌برداری مجهز به باتری لیتیوم-یونی معرفی شد.

بعدتر به تسلا پیوست و به‌عنوان یکی از نخستین ۵۰ کارمند شرکت، ۱۱ سال را صرف ساخت فناوری باتری آن کرد. پس از آن در شرکت Sila Nanotechnologies روی بخش آند متمرکز بود و در نهایت به جنرال موتورز پیوست.

به گفته‌ی او، باتری‌ها معمولاً با بهبودهای جزئی تکامل پیدا می‌کنند، مثلاً پوشش بهتر یا فویل مسی سبک‌تر، اما سلول‌های منشوری LMR پیشرفتی واقعی‌اند. او می‌گوید: «به همین دلیل هیجان‌زده‌ایم. شما معمولاً می‌توانید انرژی بالاتری به دست آورید اما در عوض باید چرخه عمر، هزینه یا چیز دیگری را فدا کنید. اما در این مورد، ما با ترکیب شیمیایی واقعاً متعادلی روبرو هستیم.»

البته این باتری‌ها از راه دیگری هم می‌توانند چین را دور بزنند: باتکیه‌بر زنجیره تأمین نوپای آمریکایی. وقتی در مورد تسلط فعلی چین سؤال می‌شود، کلتی می‌گوید جنرال موتورز می‌داند با چه چیزی روبروست.

او با اشاره‌ای به نوآوری آمریکا اشاره می‌کند که فناوری LFP (برنده جایزه نوبل) دقیقاً همین‌جا در دانشگاه تگزاس توسعه یافت. اما وقتی شرکت‌های آمریکایی تعلل کردند، چین این فناوری ثبت‌شده را برداشت و امپراتوری LFP خود را ساخت.

به گفته اوری، LMR فناوری جدیدی نیست و حدود یک دهه قدمت دارد، اما محققان نمی‌توانستند مشکل افت ولتاژ آن را حل کنند. جنرال موتورز پنج سال پیش توسعه آن را تسریع کرد و با شروع از سلول‌های سکه‌ای‌شکل، مشکلات دوام را برطرف نمود. سپس به سمت یک فرم فاکتور منشوری بزرگ‌تر، به‌اندازه یک کیف لپ‌تاپ، حرکت کرد که قرار است وارد خودروها شود.

اوری با اطمینان تأکید می‌کند: «ما حالا به اندازه‌ی کافی به دوام این سلول‌ها اعتماد داریم و می‌توانیم به مقیاس تولید صنعتی برسیم.»

اما حالا سرمایه‌گذاری‌ها در حال نتیجه‌دادن است و به جنرال موتورز مزیتی بالقوه در برابر تازه‌واردان می‌دهد. در حال حاضر جنرال موتورز با همکاری ال‌جی، بیش از هر خودروساز دیگری در آمریکای شمالی سلول لیتیوم-یونی تولید می‌کند.

کلتی می‌گوید GM این سلول‌ها را ارزان‌تر از هر رقیب داخلی دیگری تولید می‌کند. او می‌پذیرد که در سطح پک کامل، GM هنوز ارزان‌ترین نیست، اما با نسل بعدی خودروهای برقی به این هدف خواهد رسید زیرا باتری‌های منشوری LMR تا ۵۰ درصد قطعات کمتری نیاز دارند.

باتری‌های NCM با نیکل‌بالا قهرمان مسافت‌های طولانی‌اند، اما هزینه‌ی سنگینی دارند؛ هم از نظر مالی و هم اخلاقی. تولید آن‌ها به مقدار زیادی نیکل و کبالت وابسته است؛ عناصری گران‌قیمت که استخراجشان، به‌ویژه در برخی معادن آفریقا، با کار کودکان و شرایطی غیراخلاقی پیش می‌رود.

همین موضوع باعث شده باتری، حدود ۳۰ درصد از کل هزینه‌ی ساخت یک خودروی برقی را به خود اختصاص دهد و قیمت تمام‌شده‌ی محصول را نسبت به خودروهای بنزینی بالا ببرد؛ مثلاً قیمت کادیلاک Lyriq-V از ۸۱ هزار دلار شروع می‌شود، یا کادیلاک اسکلید IQ حدود ۱۳۰ هزار دلار قیمت دارد و پیکاپ شورولت سیلورادو EV نیز کمتر از ۷۵ هزار دلار فروخته نمی‌شود.

خودروسازان غربی مانند جنرال موتورز، فورد و استلانتیس حالا در تلاش‌اند نسخه‌ی LFP خود را تولید کنند، اما نقطه‌ضعف این باتری‌ها، برد حرکتی و عملکرد متوسط آن‌هاست. جدیدترین باتری تیغه‌ای (Blade) شرکت BYD حدود ۳۵۰ وات‌ساعت بر لیتر انرژی ذخیره می‌کند، درحالی‌که این عدد برای سلول‌های NCM جنرال موتورز یا باتری‌های استوانه‌ای ۴۶۸۰ تسلا به بیش از ۶۰۰ وات‌ساعت می‌رسد.

در این رقابت شیمیایی، همه‌چیز به کاتد (الکترود مثبت باتری) بستگی دارد. باتری‌های NCM امروزی در کاتد خود تا ۸۵ درصد نیکل، ۱۰ درصد منگنز و ۵ درصد کبالت دارند. باتری‌های LMR این نسبت را تقریباً معکوس می‌کنند: حدود ۷۰ درصد منگنز، ۳۰ درصد نیکل و کمتر از ۲ درصد کبالت.

کوشال نارایاناسوامی، مدیر مهندسی باتری جنرال موتورز، می‌گوید: «منگنز بسیار ارزان است، بنابراین در سطح مواد خام، از همان ابتدا مزیت خوبی به‌دست می‌آورید.»

اما قیمت مواد اولیه تنها بخشی از ماجراست. تحلیلگران می‌گویند شرکت‌های چینی گاهی خودرو یا باتری جدید را فقط در دو سال به بازار می‌رسانند. این سرعت، شاید بزرگ‌ترین مزیت چین باشد، حتی بزرگ‌تر از فناوری آن‌ها. جنرال موتورز می‌گوید عملیات داخلی‌اش می‌تواند زمان رساندن باتری‌های جدید به نمایشگاه‌ها را یک سال کامل کاهش دهد، آن هم با هزینه کمتر و کیفیت بالاتر.

در مرکز نوآوری سلول باتری والاس، جنرال موتورز فرایند توسعه‌ی شیمی، طراحی و آزمایش سلول‌ها را کاملاً در داخل شرکت انجام می‌دهد. این همان مدل «یکپارچه‌سازی عمودی» است که سال‌ها مزیت اصلی BYD، بزرگ‌ترین خودروساز برقی جهان، محسوب می‌شد. اینجا، اینجا، جنرال موتورز ترکیبات شیمیایی خود را توسعه می‌دهد و می‌آزماید، بدون آنکه نیاز به رفت‌وآمدهای زمان‌بر با تأمین‌کنندگان خارجی داشته باشد.

جنرال موتورز به لطف این شبکه‌ی داخلی، توانسته زمان آزمایش باتری‌های جدید را تا ۶۰ درصد کاهش دهد. مدل‌سازی‌های مجازی و «دوقلوهای دیجیتال» صدها سناریوی واقعی را؛ از تراکم بخار در پک‌های باتری تا تصادف‌های شدید شبیه‌سازی می‌کنند، پیش از آنکه حتی یک سلول واقعی ساخته شود. فقط تصور کنید که این شرکت تاکنون بیش از ۲٫۲۵ میلیون کیلومتر رانندگی را شبیه‌سازی کرده است.

رادو تی‌یونی، مدیر برق‌رسانی مجازی جنرال موتورز، می‌گوید مدل‌های فیزیکی این شرکت ۱۵۰ میلیون ساعت محاسباتی صرف کرده‌اند تا طراحی LMR را از سطح اتم تا پک کامل بهینه کنند؛ زمانی معادل ۱۷۱ سال کار مداوم یک CPU قدرتمند.

اگر LMR تا این اندازه نویدبخش است، چرا جنرال موتورز همچنان به ساخت باتری‌های LFP هم علاقه دارد و می‌خواهد این نوع باتری را نیز در تنسی تولید کند؟

مدیران شرکت می‌گویند هر دو فناوری جایگاه خودشان را دارند. LFP هنوز برای خودروهای ارزان‌تر و مدل‌هایی با برد کمتر انتخاب مناسبی است. از طرفی، باتری‌های LFP می‌توانند پس از پایان عمرشان در خودرو، در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی ثابت دوباره مورداستفاده قرار گیرند، همان «چرخه‌ی دوم» که برای صنایع انرژی اهمیت زیادی دارد.

پس از حذف اعتبارهای مالیاتی، جنرال موتورز تصمیم گرفت فعلاً خودش هزینه ۷۵۰۰ دلاری را در قالب لیزینگ یارانه‌ای بپردازد تا جلوی توقف کامل فروش خودروهای برقی را بگیرد. این اقدام اگرچه سخاوتمندانه است، اما ضربه دیگری به سود خالص شرکت می‌زند، آن‌هم در شرایطی که تعرفه‌ها تا پایان سال ممکن است ۵ میلیارد دلار دیگر هم به هزینه‌ها اضافه کنند.

کلتی در این زمینه می‌گوید: «آیا ترجیح می‌دادم این اتفاق دیرتر بیفتد؟ بله، فکر می‌کنم همه ما ترجیح می‌دادیم. اما حالا ما را وادار می‌کند مسیر درستی را پیش بگیریم. باید هزینه‌هایمان را پایین بیاوریم.»

او یادآور می‌شود که در تسلا هم، زمانی که هنوز شرکت کوچکی بود، همین فلسفه وجود داشت: اتکا به خود و نادیده‌گرفتن یارانه‌ها. «باید بتوانید بدون تکیه بر مشوق‌ها روی پای خودت بایستید. این همان رویکردی است که امروز در جنرال موتورز دنبال می‌کنیم.»

کِلتی باور دارد خودروهای برقی همین حالا هم از نظر «هزینه کل مالکیت» (TCO) با خودروهای بنزینی برابری می‌کنند. اما این استدلال نتوانسته آمریکایی‌هایی را که فقط قیمت بالاتر روی برچسب خودروی برقی را می‌بینند، متقاعد کند.

بااین‌حال او به آینده خوش‌بین است: «وقتی قیمت نهایی خودروهای برقی با مدل بنزینی برابر شود، بازی برای موتورهای احتراق داخلی به پایان می‌رسد. چون رانندگی با یک خودروی برقی تجربه‌ی بهتری به شما می‌دهد.»