فهرس المحتويات
- الملخص التنفيذي: ثورة الالكتروليت شبه السائل
- حجم السوق وتوقعات النمو (2025–2030)
- العوامل الرئيسية التي تسرع تبني التصنيع في بطاريات
- غوص عميق في التكنولوجيا: كيف تعمل الإلكتروليتات شبه السائلة
- المشهد التنافسي: الشركات المصنعة والمبتكرون البارزون
- الشراكات الاستراتيجية وتطور سلسلة التوريد
- البيئة التنظيمية والمعايير الصناعية
- تسليط الضوء على التطبيقات: السيارات الكهربائية، تخزين الشبكة، وما بعدها
- التحديات والحواجز: التوسع، الاستقرار، والسلامة
- آفاق المستقبل: الاتجاهات الناشئة وفرص الاستثمار
- المصادر والمراجع
الملخص التنفيذي: ثورة الالكتروليت شبه السائل
الإلكتروليتات شبه السائلة جاهزة لتحويل صناعة بطاريات الليثيوم، حيث تعمل كحلقة وصل بين الإلكتروليتات السائلة التقليدية وأنظمة الحالة الصلبة. في عام 2025، يشهد القطاع زيادة في الإنتاج التجريبي وعلى نطاق تجاري مبكر لهذه المواد المتقدمة، مدفوعة بالحاجة إلى سلامة أعلى، وكثافة طاقة محسّنة، واستقرار تشغيلي في البطاريات من الجيل التالي.
يتضمن تصنيع الإلكتروليتات شبه السائلة دمج المواد البوليمرية أو المواد المعالجة بالهلام مع المذيبات السائلة وأملاح الليثيوم، باستخدام تقنيات الخلط، والتجليد، أو التشبع بدقة. يتيح هذا النهج الهجين موصلية أيونية أفضل من معظم تصميمات الحالة الصلبة، مع الحفاظ على مزايا السلامة الكبيرة مقارنةً بالأنظمة السائلة التقليدية. وقد قامت الشركات الرئيسية المصنعة للبطاريات وموردي المواد الكيميائية بتسريع الاستثمارات والتعاونات لتحسين طرق الإنتاج القابلة للتوسع وسلاسل التوريد.
في عام 2025، تواصل شركة Samsung SDI الاستثمار في تطوير وتوسيع إنتاج الإلكتروليت شبه السائل، مستهدفةً نشر هذه المواد في المنتجات القادمة من السيارات الكهربائية وتخزين الطاقة. كما أن Panasonic تتقدم أيضًا في خطوط التصنيع التجريبية، مستفيدةً من خبرتها في تجميع البطاريات ومعالجة المواد المتقدمة. وفي الوقت نفسه، أعلنت شركة LG Energy Solution عن شراكات مع مقدمي المواد الكيميائية المتخصصة لتطوير وتصنيع تركيبات شبه سائلة مثلى للتطبيقات عالية الجهد، والشحن السريع.
لا يزال توفير المكونات محور تركيز حيوي. تعمل Solvay و BASF على توسيع مجموعة إضافات الإلكتروليت المتقدمة لديها، مع خطوط بحث وتطوير مخصصة لمصفوفات الهلام والبوليمر في الملح. تستثمر هذه الشركات في الابتكار في العمليات لضمان النقاء، والاتساق، وتوسع الكميات بكلفة فعالة، وهو ما سيكون ضروريًا مع تزايد الطلب من شركات السيارات ومصنعي الأجهزة على كميات أكبر.
آفاق السنوات القليلة المقبلة متفائلة. تتوقع الصناعة أنه بحلول عام 2027، ستتقدم الإلكتروليتات شبه السائلة من الإنتاج التجريبي إلى التبني السائد في مجموعة مختارة من السيارات الكهربائية الفاخرة، والإلكترونيات الاستهلاكية عالية الأداء، وأنظمة تخزين الشبكة. من المتوقع أن تدفع الرغبة في الابتكار في التصنيع بتكاليف الإنتاج إلى الانخفاض، وزيادة العوائد الإنتاجية، وتحسين تركيبات المواد بمجالات الاستخدام المحددة. ستظل التعاونات المستمرة بين مصنعي بطاريات OEM وموردي المواد الكيميائية أمرًا حاسمًا لتجاوز الحواجز التقنية والتوسعية، مما يمهد الطريق للتسويق الواسع لبطاريات الإلكتروليت شبه السائلة في السوق العالمية.
حجم السوق وتوقعات النمو (2025–2030)
السوق لإنتاج الإلكتروليتات شبه السائلة على حافة نمو كبير حيث تسرع حكومة بطاريات الليثيوم أيون انتقالها نحو الكيميائيات من الجيل الجديد. اعتبارًا من 2025، تظل عملية تسويق الإلكتروليتات شبه السائلة – المواد التي تدمج الموصلية الأيونية للسوائل مع استقرار المواد الصلبة – في مرحلة مبكرة ولكنها تتطور بسرعة. أعلنت العديد من الشركات الكبرى المصنعة للبطاريات وشركات المواد عن استثمارات وشراكات لتطوير طرق إنتاج قابلة للتوسع لهذه الإلكتروليتات، بهدف معالجة التحديات الرئيسية مثل القابلية للاشتعال، وتشكيل الدندريت، والاستقرار الحراري المحدود في الإلكتروليتات السائلة التقليدية.
تعاون المصنعون الرائدون للخلايا بشكل متزايد مع موردي المواد لدمج الإلكتروليتات شبه السائلة في تصميمات بطاريات ذات كثافة طاقة عالية وبطاريات الحالة الصلبة. على سبيل المثال، شركة Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL) وSamsung SDI قد بدأتا كلاهما بخطوط إنتاج تجريبية لتقنيات الإلكتروليت المتقدمة، مع تركيز على الأنظمة الهجينة ونصف الصلبة التي تربط الفجوة بين السوائل الحالية والحلول المعتمدة بالكامل على الحالة الصلبة. من المتوقع أن تحقق هذه الخطوط التجريبية قدرات إنتاج متعددة الأطنان بحلول 2026-2027، مع زيادة التوسع مرتبطًا بجداول زمن اعتماد السيارات الكهربائية والإلكترونيات الاستهلاكية من الجيل التالي.
تقوم شركات المواد مثل 3M وSolvay بتطوير بوليمرات متخصصة، وسوائل أيونية، ومصفوفات هلامية مصممة خصيصًا للإلكتروليتات شبه السائلة. تذكر هذه الشركات أنها تستثمر باستمرار في توسيع أصول إنتاج المواد الكيميائية المتخصصة لديها، بهدف تلبية الطلب المتوقع من مصانع بطاريات الخلايا التي يتم بناؤها في آسيا، وأوروبا، وأمريكا الشمالية. على سبيل المثال، أعلنت Solvay عن توسعات في القدرة الخاصة بالبوليمرات المتخصصة المستخدمة في الفواصل المتقدمة للبطارية، والتي تتوافق مع تركيبات الإلكتروليت المتطورة.
مع التطلع إلى 2030، من المتوقع أن تؤدي الإضافات في السعة وتوحيد العمليات إلى خفض تكلفة تصنيع الإلكتروليتات شبه السائلة. من المتوقع أن تسرع الشراكات الاستراتيجية بين مصنعي الخلايا والشركات الكيميائية من نقل التكنولوجيا وتبسيط سلاسل التوريد. بحلول 2027-2028، يتوقع المراقبون في الصناعة أن تتمكن الإلكتروليتات شبه السائلة من الحصول على حصة كبيرة من خطوط إنتاج البطاريات الجديدة، خاصة في أسواق السيارات عالية الأداء وتخزين الشبكة. من المحتمل أن يدعم تطور الأطر التنظيمية المستمرة – مثل تلك الناشئة عن التحالف العالمي للبطاريات – اعتماد تقنيات الإلكتروليت الأكثر أمانًا واستدامة.
العوامل الرئيسية التي تسرع تبني التصنيع في بطاريات
تكتسب الإلكتروليتات شبه السائلة زخمًا كبيرًا في تصنيع البطاريات بينما يسعى القطاع لتحقيق توازن بين السلامة والأداء وقابلية التوسع. هناك عدة عوامل رئيسية تسرع من اعتمادها في عام 2025 ومن المتوقع أن تشكل القطاع في السنوات المقبلة.
- سلامة معززة واستقرار حراري: توفر الإلكتروليتات شبه السائلة استقرارًا حراريًا وكهربائيًا أفضل مقارنةً بالإلكتروليتات السائلة التقليدية، وهو اعتبار حاسم للسيارات الكهربائية (EVs) وتخزين الشبكة. تساعد هذه الخصائص في تقليل مخاطر التسرب والاحتراق، مما يتناول المخاوف التنظيمية وسلامة المستهلك. عززت شركة Panasonic Holdings Corporation وSamsung SDI جهودهما في البحث والتطوير في أنظمة الإلكتروليت المتقدمة لتقديم حلول بطارية أكثر أمانًا.
- توافق مع الكيميائيات عالية الطاقة: إن التحول المتزايد إلى خلايا الكوبالت والليثيوم المعدنية العالية في السعي لتحقيق كثافة طاقة أكبر يستلزم إلكتروليتات مبتكرة. تمكن التركيبات شبه السائلة هذه الكيميائيات من خلال توفير واجهات مستقرة وكبت نمو الدندريت، مما يفتح سعة أعلى ودورة حياة أطول. شركة Contemporary Amperex Technology Co. Limited (CATL) تستكشف هذه الإلكتروليتات لخلايا الجيل التالي، مستهدفةً نشرها على نطاق تجاري.
- مزايا عملية التصنيع: على عكس الإلكتروليتات الصلبة بالكامل، يمكن غالبًا دمج الأنظمة شبه السائلة في خطوط إنتاج البطاريات الحالية مع تعديلات قليلة، مما يقلل من النفقات الرأسمالية ويسرع الوقت إلى السوق. هذا أمر جذاب بشكل خاص للمصنعين الراسخين الذين يسعون لتحقيق تحسينات تدريجية دون إعادة تجهيز كاملة. وقد سلطت شركة LG Energy Solution الضوء على فوائد القابلية للتصنيع للإلكتروليتات الهجينة والمعتمدة على الهلام في إفصاحاتها الفنية العامة.
- التعاون في الصناعة وجهود التوحيد القياسي: تعزز التعاونات عبر الصناعات المعايير المشتركة والطرق القابلة للتوسع في التصنيع. تُقود منظمات مثل Batteries Europe والتحالفات التي تشمل الشركات المصنعة والموردين لمشاريع تجريبية واستثمارات في خطوط تصنيع تجريبية للإلكتروليتات المتقدمة.
- الدفع التنظيمي وسوق الجذب: تدفع اللوائح الأكثر صرامة بشأن السلامة واللوائح البيئية في مناطق مثل الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة والصين شركات التصنيع والموردين لتسريع اعتماد حلول الإلكتروليت من الجيل التالي. تدفع الرغبة في الحصول على جوازات البطارية وشفافية البصمة الكربونية المزيد من اعتماد المواد ذات المخاطر المنخفضة والأداء العالي.
مع زيادة استثمارات الشركات المصنعة الرئيسية والهيئات الصناعية، ويتزايد الزخم التنظيمي لصالح بطاريات أكثر أمانًا وكفاءة، من المتوقع تسارع اعتماد تصنيع الإلكتروليت شبه السائل حتى عام 2025 وما بعده، دعمًا للنشر الجماعي لتكنولوجيا بطاريات الليثيوم أيون المتقدمة والتكنولوجيات الناشئة.
غوص عميق في التكنولوجيا: كيف تعمل الإلكتروليتات شبه السائلة
تمثل الإلكتروليتات شبه السائلة، والتي توصف غالبًا بأنها مواد “تشبه الهلام” أو “صلبة ناعمة”، ابتكارًا محوريًا في الجيل التالي من البطاريات القابلة للشحن. تقود خصائصها الفريدة – التي تجمع بين الموصلية الأيونية للسوائل مع الاستقرار الميكانيكي للمواد الصلبة – استثمارات كبيرة وتقدمًا سريعًا في تقنيات التصنيع. اعتبارًا من 2025، تنتقل عملية إنتاج الإلكتروليتات شبه السائلة من التركيب على نطاق المختبر إلى التصنيع قبل التجاري والتجريبي، مدفوعةً بالتقدم في علم المواد والطلب المتزايد على بطاريات أكثر أمانًا وأعلى أداء.
تشمل عملية التصنيع الأساسية للإلكتروليتات شبه السائلة عادةً إذابة أملاح الليثيوم في مصفوفة مذيبة، والتي يتم خلطها بعد ذلك مع مواد ربط بوليمرية أو أوليغومرية للوصول إلى الخصائص الرخوية المرغوبة. تم تصميم هذه التركيبة الهجينة للسماح بنقل أيون سهل في حين كبت نمو الدندريت، وهي مشكلة شائعة في الإلكتروليتات السائلة النقية. تستثمر الشركات الرائدة مثل Samsung SDI وLG Energy Solution في طرق الخلط والتجليد الخاصة، مستهدفةً التحكم الدقيق في اللزوجة والانفصال الطوري لتحسين الأداء في خلايا الليثيوم المعدنية وليثيوم أيون.
شهدت السنوات الأخيرة توسيع تقنيات الطلاء من الأسطوانة إلى الأسطوانة وتقنية البثق بعرض فتحات، مما يمكن من الإيداع المنتظم للإلكتروليتات شبه السائلة على الركائز الكهربائية. تستخدم شركات مثل Toray Industries خبرتها في معالجة البوليمر المتقدمة لتحسين هذه التقنيات، مما يضمن عوائد عالية ودرجة عالية من الاتساق المناسبة لتطبيقات البطاريات في السيارات والشبكة. بالتوازي، مجموعة Mitsubishi Chemical تقوم بتطوير خلطات جديدة من البوليمر وموصلات تفاعلية تعزز كل من الموصلية الأيونية والصلابة الميكانيكية، مما يسهل التوافق مع خطوط تجميع الخلايا الحالية.
يعد نقاء المواد والتحكم في الرطوبة عناصر حيوية في إنتاج الإلكتروليتات شبه السائلة، حيث إن وجود كمية ضئيلة من الماء يمكن أن يؤدي إلى تفاعلات جانبية غير مرغوب فيها. لمواجهة هذه التحديات، تقوم شركة Umicore وغيرها من موردي المواد بتنفيذ أنظمة تجفيف بالفراغ ومراقبة على الخط، لزيادة العوائد وضمان اتساق المنتج على نطاق واسع.
مع النظر إلى السنوات القادمة، تعد الآفاق لإنتاج الإلكتروليتات شبه السائلة بإيقاع أسرع للتجارة. أعلنت عدة شركات مصنعة للبطاريات عن دمج الأنظمة شبه السائلة في حزم البطاريات النموذجية، مع توقع أن ترتفع الخطوط التجريبية من 2025-2027. تشير خارطة الطريق الصناعية إلى تركيز قوي على توطين سلسلة التوريد والاستدامة، بما في ذلك استخدام البوليمرات القائمة على البيو-solvent وsolvents القابلة لإعادة التدوير. مع نضوج التكنولوجيا، من المتوقع أن تؤدي الشراكات بين منتجي المواد، ومصنعي البطاريات، والشركات المصنعة للسيارات إلى تحقيق المزيد من التحسين في كفاءة العمليات وأداء المنتجات، مما يعلن عن عصر جديد في سلامة وقدرة تخزين الطاقة.
المشهد التنافسي: الشركات المصنعة والمبتكرون البارزون
يتطور المشهد التنافسي لإنتاج الإلكتروليتات شبه السائلة بسرعة حيث تزداد الطلبات على بطاريات أكثر أمانًا وأعلى أداء. في عام 2025، تستثمر الشركات المصنعة للبطاريات الراسخة، والشركات الكيميائية، والناشئون الناشئون بشكل كبير في زيادة الإنتاج، وتحسين التركيبات، وتأمين الملكية الفكرية في هذا القطاع الواعد.
من بين الرواد العالميين، التزمت شركة LG Chem علنًا بتعزيز المواد الخاصة بالبطاريات من الجيل القادم، بما في ذلك الإلكتروليتات شبه السائلة، لتحسين سلامة بطاريات الليثيوم أيون وكثافة الطاقة. لقد تحول تركيز البحث والتطوير في الشركة نحو الأنظمة شبه الصلبة وشبه السائلة التي يمكن دمجها في خطوط إنتاجها الحالية على نطاق Gigafactory، وتم الإبلاغ عن تجارب تجريبية في عام 2024 مع توقعات إطلاق تجاري بحلول عام 2026.
سرّعت شركة Toray Industries، وهي شركة كيميائية يابانية بارزة، أيضًا تطويرها للإلكتروليتات المتقدمة، مستفيدةً من خبرتها في كيمياء البوليمر. تشمل خارطة الطريق لعام 2025 شراكات مع منتجي بطاريات التخزين الثابتة والسيارات لتطوير عمليات قابلة للتوسع لدمج الإلكتروليتات شبه السائلة، مستهدفةً توفير استقرار حراري معزز ودورة حياة أطول.
تظل الشركة الصينية الكبرى شركة Contemporary Amperex Technology Co. Limited (CATL) في مقدمة المشهد، حيث تستثمر في تركيبات الإلكتروليت المملوكة لها وقوة سلسلة التوريد. أعلنت CATL عن اتفاقات تعاون مع شركات المواد المتخصصة لتأمين المواد الأولية وتطوير تقنيات التصنيع، مع تحديد خطوط إنتاج تجريبية للإلكتروليتات شبه السائلة للوصول إلى نطاق متعدد الأطنان في عام 2025.
في الولايات المتحدة، وسعت شركة 3M من قسم المواد المتقدمة لديها لتضمين مرافق تجريبية لأنظمة الإلكتروليت الجديدة، مستهدفةً التطبيقات في السيارات الكهربائية والشبكة. يركز نهج الشركة على طرق الإنتاج القابلة للتوسع والصديقة للبيئة وملاءمتها للبنية التحتية الحالية لتجميع الخلايا.
تعمل الشركات الناشئة أيضًا على تشكيل المشهد، مما يقود الابتكار والشراكات مع اللاعبين الراسخين. على سبيل المثال، شركة Sion Power تقدم تقنيات الإلكتروليت الهجينة لدعم بطاريات الليثيوم المعدنية ذات السعة العالية، مع بدء التصنيع على نطاق تجريبي وتفاوض شراكات تجارية في بداية عام 2025.
مع التطلع إلى المستقبل، من المتوقع أن يشهد القطاع زيادة في المشاريع المشتركة وترخيص التكنولوجيا حيث تتسابق الشركات لتحقيق إنتاج فعال من حيث التكلفة على نطاق واسع. سيكون التعاون الاستراتيجي بين موردي المواد، ومنتجي الخلايا، والشركات المصنعة للسيارات مركزيًا للتغلب على التحديات التقنية وسلسلة التوريد. من المحتمل أن تؤثر الرقابة التنظيمية على السلامة والاستدامة أيضًا على المنافسة، مما يفضل الشركات المصنعة التي يمكنها تقديم حلول إلكتروليت شبه سائلة قوية وقابلة للتوسع ومتوافقة.
الشراكات الاستراتيجية وتطور سلسلة التوريد
يشهد مشهد تصنيع الإلكتروليتات شبه السائلة تحولات كبيرة في عام 2025، مدفوعةً بالشراكات الاستراتيجية وتطور سلاسل التوريد العالمية. مع تسريع قطاع البطاريات انتقاله نحو الكيميائيات من الجيل التالي، تظهر الإلكتروليتات شبه السائلة – التي تقدم توازنًا بين السلامة والموصلية الأيونية العالية – كنقطة محورية للابتكار والتعاون.
في عام 2025، يقوم عدد من الشركات الرائدة المصنعة للبطاريات وموردي المواد بتوثيق مشاريع مشتركة وتحالفات تقنية لتأمين زيادة إنتاج الإلكتروليتات شبه السائلة. على سبيل المثال، الشركة Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL) قد قامت بتوسيع تعاونها مع شركات المواد الكيميائية المتخصصة لتطوير تركيبات مملوكة، مستهدفة دمج هذه الإلكتروليتات في منصات بطاريات الحالة الصلبة التجارية وشبه الصلبة. لا تعجل هذه الشراكات في الأبحاث والتجاري الابتكار فحسب، بل تؤسس أيضًا اتفاقيات توريد قوية للمواد الخام الحيوية مثل أملاح الليثيوم، والمذيبات، ومصفوفات البوليمر.
وبالمثل، كثّفت شركة Toray Industries، Inc. تعاونها مع الشركات المصنعة للبطاريات وموردي المواد الكيميائية العليا لتعزيز قابلية تعزيز قابلية الإدارة والاتساق في إنتاج الإلكتروليت شبه السائل. تشمل تركيزاتهم تطوير مواد فاصل متقدمة تتوافق مع أنظمة الإلكتروليت الجديدة، وتحسين كل من الأداء وقابلية التصنيع على نطاق Gigafactory. يتم توحيد هذه الجهود من خلال تحديث مذكرات التفاهم (MoUs) وعقود الشراء طويلة الأجل التي تقدم الاستقرار في سوق المواد الخام المتغيرة.
يتسم تطور سلسلة التوريد أيضًا باستثمارات جديدة في مراكز التصنيع الإقليمية. أعلنت شركة BASF عن إنشاء خطوط إنتاج مخصصة لمذيبات وإضافات البطاريات ذات الدرجة العالية المصممة للتطبيقات شبه السائلة في مواقعها في أوروبا، بهدف محليتها وتقليل مخاطر اللوجستية. في هذه الأثناء، تتعاون Umicore مع الشركات الناشئة في مجال الإلكتروليتات لدمج عمليات التنقية المتقدمة وإعادة التدوير للمواد الأساسية للإلكتروليت، مما يعزز كل من أمان الإمدادات والاستدامة.
مع التطلع إلى المستقبل، تتشكل آفاق تصنيع الإلكتروليتات شبه السائلة في السنوات القليلة القادمة من خلال تزايد تعقيد تكامل سلسلة القيمة. من المتوقع أن يشهد النظام المزيد من الشراكات متعددة الأطراف، حيث يستثمر صانعو خلايا البطاريات، والشركات المصنعة للسيارات، والعالمية الكيميائية المشتركة بشكل مشترك في مصانع اختبار كبيرة الحجم وتبادلات الملكية الفكرية. من المتوقع أن يقود هذا الاتجاه إلى خفض التكاليف، وتسريع الالتزام التنظيمي، ودعم تسويق بطاريات أكثر أمانًا وأداء عالي لسيارات الكهربائية وتخزين الطاقة الثابتة.
مع تطور الإطارات التنظيمية وازدياد الطلب على البطاريات عالية الكثافة وغير القابلة للاشتعال، ستكون التوافق الاستراتيجي لسلاسل التوريد والشراكات أمرًا حيويًا في نقل تكنولوجيا الإلكتروليت شبه السائل من الطور التجريبي إلى النشر السائد.
البيئة التنظيمية والمعايير الصناعية
تتطور البيئة التنظيمية لإنتاج الإلكتروليتات شبه السائلة بسرعة بينما يسعى قطاع البطاريات لتحقيق توازن بين الابتكار والأداء والسلامة. في عام 2025، تركز السلطات التنظيمية ومنظمات المعايير على إنشاء أطُر قوية لمعالجة الخصائص الفريدة للإلكتروليتات شبه السائلة – المواد التي تربط الفجوة بين الإلكتروليتات السائلة التقليدية والإلكتروليتات ذات الحالة الصلبة، مع عرض سلامة معززة وموصلية أيونية للبطاريات الليثيوم من الجيل التالي.
تشمل التطورات الرئيسية مراجعة وتوسيع المعايير الدولية من قبل هيئات مثل المنظمة الدولية للمعايير (ISO) ولجنة الكهرباء الدولية (IEC)، التي تقوم بتحديث البروتوكولات لتضمين فئات جديدة من الإلكتروليتات. تؤكد هذه المراجعات على الاستقرار الكيميائي، والوقاية من الانفجار الحراري، وقابلية إعادة التدوير. على سبيل المثال، بدأ كل من ISO/TC 22/SC 37 وIEC TC 21 مجموعات عمل لتحديد منهجيات اختبار محددة للمواد الهجينة وشبه السائلة.
في الاتحاد الأوروبي، تقوم وكالة المواد الكيميائية الأوروبية (ECHA) بتحديث متطلبات تسجيل REACH (تسجيل وتقييم وترخيص وقيود المواد الكيميائية) لتضمين المواد المستخدمة بشكل شائع في الإلكتروليتات شبه السائلة، مثل مصفوفات الهلام البوليمرية والملدنات غير المتطايرة. سيتعين على الشركات المصنعة تقديم بيانات سامة وتأثيرات بيئية مفصلة قبل دخول السوق. وبالمثل، سيتطلب تنظيم البطاريات المقترح من الاتحاد الأوروبي، والذي من المقرر تنفيذه بحلول عام 2026، من شركات تصنيع البطاريات تتبع وتقرير التركيب الكيميائي للإلكتروليتات، بما في ذلك تلك التي تتمتع بخصائص شبه سائلة، عبر سلسلة التوريد.
في الولايات المتحدة، تقوم وكالة حماية البيئة (EPA) بمراجعة الكيميائيات الجديدة للإلكتروليتات بموجب قانون التحكم في المواد السامة (TSCA)، بينما تقوم حلول UL بتحديث معايير UL 2580 و UL 1973 للسلامة الخاصة بالبطاريات لتعكس المخاطر والخصائص الأدائية الجديدة الفريدة لتركيبات الإلكتروليت شبه السائلة. تشمل هذه التحديثات اختبارات مقاومة الحرائق واختبارات الانبعاثات الأكثر صرامة لحزم البطاريات التي تستخدم أنظمة الإلكتروليت الهجينة.
تتعاون مجموعات الصناعة مثل مجموعة مجلس البطاريات الدولية (BCI) وBatteries Europe مع الشركات المصنعة لتطوير أفضل الممارسات وتوحيد إجراءات الاختبار. بدأت الشركات المصنعة الكبرى، بما في ذلك LG Energy Solution و Contemporary Amperex Technology Co. Limited (CATL)، بالفعل المشاركة في برامج التوافق التجريبية وتبادل بيانات السلامة والأداء المجهولة لتسهيل تطوير المعايير العالمية.
مع التطلع إلى المستقبل، من المتوقع أن تشهد السنوات القليلة المقبلة زيادة في الوضوح والتنظيم، لا سيما مع تسريع تسويق الإلكتروليتات شبه السائلة. من المحتمل أن تؤمن الشركات المصنعة التي تستثمر في الامتثال والتقارير الشفافة الوصول المبكر إلى السوق، بينما قد يواجه المتخلفون تأخيرات بسبب تطورات متطلبات السلامة والبيئة.
تسليط الضوء على التطبيقات: السيارات الكهربائية، تخزين الشبكة، وما بعدها
ظهرت الإلكتروليتات شبه السائلة كحل واعد لبطاريات الليثيوم أيون والليثيوم المعدنية من الجيل التالي، حيث تقدم تسوية مزدوجة بين الموصلية الأيونية العالية للإلكتروليتات السائلة والسلامة المعززة لأنظمة الحالة الصلبة. مع تسارع الطلب على السيارات الكهربائية (EVs) وتخزين الشبكة الثابت، يتطور مشهد تصنيع الإلكتروليتات شبه السائلة بسرعة حتى عام 2025 وما بعده.
يقوم العديد من الشركات المصنعة للبطاريات الكبرى وموردي المواد بتوسيع عمليات الإنتاج لتلبية متطلبات الأداء والسلامة التي وضعتها شركات تصنيع السيارات وتخزين الطاقة. كشفت شركة LG Chem و Samsung SDI عن استثمارات مستمرة في خطوط إنتاج الإلكتروليت المتقدمة، مستهدفة تحسين دورة الحياة الثابتة والاستقرار الحراري لتطبيقات السيارات الكهربائية. تركز جهودهم على دمج إلكتروليتات الهلام المعتمدة على البوليمر وأنظمة موضوعة بالسوائل الأيونية، التي تشكل أساس العديد من التركيبات شبه السائلة.
في عام 2025، تستمر شركة توراي إندستريز في توفير مصفوفات بوليمر عالية النقاء المستخدمة كمضيف للإلكتروليتات السائلة، مما يسهل معالجة الطلاء من الأسطوانة إلى الأسطوانة المتوافقة مع تصنيع البطاريات الكبرى. على نحو مماثل، تعمل Solvay على توسيع محفظتها من الأملاح المتخصصة والمذيبات المحسّنة للإلكتروليتات شبه السائلة، مما يعالج كلًا من متطلبات الأداء والمتطلبات التنظيمية لبطاريات السيارات ذات الدرجة العالية.
تضغط تسارع القدرة التصنيعية أيضًا على الصين، حيث كشفت شركة Contemporary Amperex Technology Co. Limited (CATL) عن خطوط تجريبية لتكامل الإلكتروليت المتقدم، دعمًا لخارطة الطريق الخاصة بها لبطاريات EV ذات طاقة عالية وكذا وحدات تخزين الشبكة. تستخدم هذه الخطوط التجريبية خلطاً آليًا وتعبئة لضمان الجودة والاتساق على النطاق الصناعي.
مع التطلع إلى المستقبل، من المتوقع أن تسرع التعاونات الصناعية من اعتماد الإلكتروليتات شبه السائلة. تعمل شركة Robert Bosch GmbH مع مصنعي خلايا البطاريات لتطوير واجهات إلكترود-إلكتروليت محسنة، وهي خطوة حيوية لنشر السوق بشكل واسع. في الوقت نفسه، تقوم الهيئات التنظيمية بتحديث الإرشادات لتسهيل الإدخال الآمن لمواد الإلكتروليت الجديدة في أسواق السيارات الكهربائية والشبكة.
تنبئ الآفاق لعام 2025 وما بعده بأن تصنيع الإلكتروليتات شبه السائلة سيتميز بمزيد من الأتمتة، وسلاسل توريد متكاملة عموديًا، وتركيز على عمليات قابلة للتوسيع وصديقة للبيئة. مع بدء قطاع المورّدين الرائدين في تنفيذ خطوط الإنتاج التجريبية والتجارية، يتوقع أن ينمو القطاع بشكل ملحوظ، دعمًا للتوسع الواسع في الكهربة للنقل وبنية الشبكة القادرة.
التحديات والحواجز: التوسع، الاستقرار، والسلامة
يواجه تصنيع الإلكتروليت شبه السائل عدة تحديات قوية بينما تنتقل التكنولوجيا من الابتكار على نطاق المختبر إلى الإنتاج الصناعي، لا سيما في سياق عام 2025 والسنوات القليلة المقبلة. تتركز الحواجز الأكثر إلحاحًا في مجال الهندسة الصناعية على نطاق كبير، والاستقرار على المدى الطويل، وضمان معايير السلامة الصارمة.
تحديات التوسع
إن الانتقال من تركيب المقادير الصغيرة إلى التصنيع على نطاق الكيلوغرام والطن يقدم صعوبات فريدة للإلكتروليتات شبه السائلة بسبب طبيعتها الهجينة. تتطلب العمليات مثل الخلط الدقيق، وتبادل المذيبات، وتشكيل الشبكة البوليمرية تحكمًا دقيقًا على درجات الحرارة، والرطوبة، والتلوث. ولا تزال استمرارية الطرود تمثل مصدر قلق كبير، حيث يمكن أن تؤدي التغييرات الطفيفة في نقاء المواد الأولية أو معلمات العملية إلى انحرافات أداء كبيرة. على الرغم من التقدم في المرافق التجريبية، فإن عددًا قليلاً من الشركات قد أظهرت عمليات مستمرة بالكامل للإلكتروليتات شبه السائلة. على سبيل المثال، يكتشف كلًا من LG Chem وToray Industries مسارات التركيب القابلة للتوسع، لكن كلاهما يشير إلى أن الخطوط التجريبية الحالية تكافح مع تحسين العائد والإنتاج للإلكتروليتات شبه السائلة مقارنةً بالإلكتروليتات السائلة التقليدية.
حدود الاستقرار
تكمن واحدة من التحديات الرئيسية في تحقيق الاستقرار الكهروضوئي والميكانيكي المطلوب لتطبيقات البطاريات التجارية. يجب أن تحافظ الإلكتروليتات شبه السائلة على مقاومة أيونية منخفضة وتوافق بين الطور العالي مع مواد الإلكترود على مدى آلاف الدورات وعلى مدى نطاق واسع من درجات الحرارة. لا يزال امتصاص الرطوبة والانفصال الطوري من المخاطر الملحة خلال التخزين وتجميع الخلايا، خاصة عندما لا يتم التحكم بدقة في بيئات التصنيع. وقد أشار شركات مثل Panasonic Corporation إلى ضرورة وجود بروتوكولات متقدمة للتجفيف والإغلاق، حيث إن وجود حتى كميات ضئيلة من الماء يمكن أن تضعف أداء الإلكتروليتات شبه السائلة. علاوة على ذلك، تشير اختبارات العالم الحقيقي التي أجرتها Toshiba Corporation إلى أن الاستقرار تحت ظروف الشحن/ التفريغ السريع لا يزال متأخرًا مقارنةً بأنظمة الإلكتروليت السائلة المعتمدة.
الحواجز الأمنية والتنظيمية
تعتبر السلامة أولوية قصوى، لا سيما وأن الإلكتروليتات شبه السائلة تقترح غالبًا كبدائل أكثر أمانًا للمذيبات العضوية القابلة للاشتعال. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي تضمين بعض الملدنات أو أملاح الليثيوم إلى تقديم مخاطر جديدة. كما أن الموافقة التنظيمية تمثل عنق زجاجة، حيث لا تزال المتطلبات المتعلقة بالسمية، ومقاومة الحرائق، والتخلص منها في نهاية العمر تتطور. وقد أفادت شركة Robert Bosch GmbH بأنها تجري محادثات مستمرة مع الهيئات التنظيمية الأوروبية لتعريف بروتوكولات السلامة الخاصة بالإلكتروليتات شبه السائلة، خاصةً لتطبيقات السيارات. وتؤدي غياب المعايير الدولية الموحدة إلى تعقيد التسويق عبر الحدود.
آفاق
من المتوقع أن يتقدم معظم الشركات الرائدة في الاستثمار في أتمتة العمليات، ومعالجة المواد المتقدمة، والسيطرة البيئية. ومع ذلك، لا تزال هناك عقبات كبيرة أمام اعتماد واسع النطاق للإلكتروليتات شبه السائلة في البطاريات الكبيرة بحلول عام 2025-2027. من المحتمل أن تسهم الجهود التعاونية في وضع المعايير والشراكات بين القطاعين العام والخاص في تسريع الحلول، لكن يتطلب القطاع استمرار البحث والتطوير لحل القضايا الأساسية المتعلقة بالإنتاج القابل للتوسع، والاستقرار، وسلامة تصنيع الإلكتروليتات شبه السائلة.
آفاق المستقبل: الاتجاهات الناشئة وفرص الاستثمار
تكتسب الإلكتروليتات شبه السائلة – وهي مواد هجينة تجمع بين الموصلية الأيونية العالية للإلكتروليتات السائلة مع الاستقرار الحراري والميكانيكي المحسن للمواد الصلبة – زخمًا كبيرًا في مشهد تصنيع البطاريات بينما يسعى القطاع إلى إيجاد بدائل أكثر أمانًا وأعلى أداءً للإلكتروليتات السائلة التقليدية. من المتوقع أن تشهد الفترة من 2025 فصاعدًا تطورات رئيسية في كل من توسيع نطاق وتصنيع الإلكتروليتات شبه السائلة.
تستثمر الشركات المصنعة الكبرى للبطاريات وموردي المواد بنشاط في خطوط الإنتاج التجريبية وما قبل التجارية للإلكتروليتات المتقدمة. أعلنت شركة Samsung SDI عن جهود لتسويق الإلكتروليتات شبه الصلبة (نصف السائلة)، مستهدفةً إدخال هذه المواد في بطاريات الليثيوم أيون والحالة الصلبة من الجيل التالي بحلول النصف الثاني من العشرينيات. تتضمن خارطة طريق تصنيعها تحسين نسب المذيبات وأملاح البوليمر، وتحسين عمليات الخلط والتجلد القابلة للتوسع.
بالمثل، قامت شركة Toray Industries بتطوير الإلكتروليتات شبه السائلة المعتمدة على البوليمر التي تدخل الآن إنتاجًا تجريبيًا في عام 2025، مستهدفةً تطبيقات مختلفة في السيارات الكهربائية (EVs) وتخزين الشبكة. تستثمر الشركة في نظام الطلاء من الأسطوانة إلى الأسطوانة وأنظمة التجفيف المتقدمة لضمان توزيع متجانس للإلكتروليت وتقليل الشوائب، وهي أمور حيوية للاعتماد الصناعي.
في الصين، تقوم شركة Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL) بتسريع جهودها في البحث والتطوير وتصنيع الإلكتروليتات الهجينة، بما في ذلك الأنواع شبه السائلة. تتعاون CATL مع موردي المواد الكيميائية العليا لتأمين المواد الأولية عالية النقاء، وتستكشف خطوط التصنيع المعيارية التي يمكن أن تتكيف بمرونة بين إنتاج الإلكتروليتات السائلة، الصلبة، والهجينة حسب الطلب في السوق.
من منظور تكنولوجي، من المتوقع أن تشهد السنوات من 2025 إلى 2027 اختراقات في تركيبات الإلكتروليت – مثل إدماج أملاح الليثيوم الجديدة، والمضافات الوظيفية، والبوليمرات النانوية – لزيادة السلامة والاستقرار الدوري. من المحتمل أن تركز اتجاهات التصنيع على الأتمتة، والمراقبة الزمنية، والسيطرة على الجودة، لتلبية متطلبات النقاء والاتساق الصارمة من الشركات المصنعة للسيارات والإلكترونيات الاستهلاكية.
تظهر فرص الاستثمار عبر سلسلة التوريد، من موردي المواد الكيميائية المتخصصة الذين يزيدون إنتاج المذيبات والأملاح المصممة خصيصًا، إلى مصنعي المعدات الذين يوفرون أنظمة دقة الخلط، والترشيح، والطلاء. من المتوقع أن تكتشف الشراكات الاستراتيجية والمشروعات المشتركة حيث تسعى الشركات لتأمين الملكية الفكرية والامتيازات الأولى في مجال الإلكتروليتات شبه السائلة.
بشكل عام، من المتوقع أن تتسم السنوات القليلة المقبلة بالتوسع السريع لخطوط الإنتاج التجريبية، وزيادة التكامل مع عمليات تجميع خلايا البطاريات، والنمو المتزايد للاستخدام التجاري، مما يمهد الطريق للاعتماد الواسع بالإلكتروليتات شبه السائلة في بطاريات الليثيوم أيون والأداء العالي والبطاريات ذات الحالة الصلبة.
المصادر والمراجع
- BASF
- Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL)
- Mitsubishi Chemical Group
- Umicore
- Sion Power
- International Organization for Standardization (ISO)
- European Chemicals Agency (ECHA)
- UL Solutions
- Battery Council International (BCI)
- Robert Bosch GmbH
- Toshiba Corporation
