اگرچه منیزیم ارزانتر، فراوانتر و احتمالا ایمنتر از لیتیوم است، اما تا به کارگیری گسترده باتریهای منیزیمی در خودروهای برقی ملاحظات عملی مهمی باقی مانده است.
در چند سال گذشته لیتیوم به یکی از مهمترین فلزهای گذار جهانی به استفاده گسترده از برق تبدیل شده است.
آگهی
آگهی
علت اصلی این جایگاه، کاربرد گسترده آن در خودروهای برقی از طریق باتریهای لیتیومیونی است. این باتریها چگالی انرژی بالا، ساختار سبک و امکان شارژ سریع را همراه با طول عمر چرخهای زیاد فراهم میکنند و در نتیجه برد حرکتی و کارایی مورد انتظار رانندگی امروزی را پشتیبانی میکنند.
به این ترتیب، لیتیوم به عنصری کلیدی برای دستیابی به پیشرفتهای گسترده و کاربردی در برقیسازی صنعت خودرو تبدیل شده است.
با این حال، تامین لیتیوم همچنان با چالشهای ساختاری و بلندمدت جدی روبهرو است و همین موضوع باعث شده شمار بیشتری از تولیدکنندگان خودروهای برقی به گزینههای دیگری مانند منگنز و منیزیم فکر کنند.
چرا منیزیم؟
منیزیم که فلزی مهم دیگر برای خودروهای برقی و باتریهای ذخیرهساز انرژی است، بالقوه میتواند به یکی از جایگزینهای اصلی لیتیوم در خودروهای برقی تبدیل شود.
دلیلش این است که منیزیم ارزانتر است، در سراسر جهان به وفور یافت میشود و انرژی بیشتری هم ذخیره میکند. همچنین نسبت به لیتیوم ایمنتر به حساب میآید، چون ساختارهای سوزنیشکل موسوم به دندریت تشکیل نمیدهد؛ ساختارهایی که میتوانند در باتریهای لیتیومی گاهی اتصال کوتاه ایجاد کنند یا باعث آتشسوزی شوند.
باتری منیزیمی همچنین میتواند در حجمی کمتر انرژی بیشتری ذخیره کند؛ مزیتی که برای خودروسازانی که به دنبال ساخت خودروهای برقی جمعوجورتر هستند از نظر اندازه و بهرهوری اهمیت زیادی دارد.
منیزیم از رایجترین عناصر موجود هم در آب دریا و هم در پوسته زمین است و همین امر میتواند در آینده به تولیدکنندگان کمک کند محدودیتهای احتمالی تامین لیتیوم را دور بزنند.
یونهای منیزیم همچنین دو برابر یونهای لیتیوم، یعنی با بار مثبت دو، بار الکتریکی حمل میکنند که میتواند به افزایش ظرفیت حجمی کمک کند و امکان ذخیره انرژی متراکمتر و فشردهتر را برای خودروهای برقی و دیگر دستگاهها فراهم کند.
چین بخش عمده منیزیم جهان را تولید میکند و در سال ۲۰۲۵ حدود ۸۷ تا ۹۵ درصد از منیزیم اولیه جهان، معادل ۸۳۰ تا ۹۵۰ هزار تن متریک، را تامین خواهد کرد به گزارش (منبع به زبان انگلیسی) بخش Elements وبسایت Visual Capitalist.
این تولید عمدتا از ذخایر گسترده دولومیت ناشی میشود و بزرگترین ذخایر منیزیم در استان لیائونینگ قرار دارد.
پس از چین، اسرائیل دومین تولیدکننده بزرگ منیزیم است و این فلز را عمدتا از آب دریای مرده استخراج میکند. روسیه و برزیل نیز از تولیدکنندگان مهم به شمار میروند و بخشی از ذخایر کلیدی منیزیم در مناطق ستکا و برومادو واقع شده است.
منگنز نیز بیشتر به عنوان مکملی برای باتریهای لیتیومی مطرح است تا جایگزینی کامل برای آنها. دلیلش این است که باتریهای منگنزی چگالی انرژی بسیار پایینتری دارند و شارژ مجدد آنها صدها بار به سادگی باتریهای لیتیومی نیست. این باتریها همچنین ولتاژ کمتری تولید میکنند.
بنابراین در سامانههای ترکیبی برای پشتیبانی از باتریهای لیتیومی عملکرد مناسبی دارند اما در برابر تقاضای بالای توان ناپایدار میشوند.
چرا تامین لیتیوم ناپایدار است
یکی از بزرگترین چالشهای تامین لیتیوم، زمان طولانی اجرای پروژهها است. راهاندازی یک معدن جدید لیتیوم به طور متوسط ۱۶ تا ۱۸ سال از مرحله کشف تا آغاز تولید طول میکشد. دلیل اصلی این تاخیر، پیچیدگی مقررات صدور مجوز، حقوق اکتشاف و مشکلات تامین مالی در بسیاری از مناطق جهان است.
استخراج لیتیوم از معادن سنگ سخت نیز پسماند قابل توجهی تولید میکند و استحصال از آبهای شور، در مناطق خشکی که معمولا ذخایر لیتیوم در آنجا قرار دارد، حجم زیادی آب مصرف میکند. این مسائل سبب افزایش حساسیت جوامع محلی و گروههای محیط زیستی شده است.
همچنین به دلیل سقوط اخیر قیمت لیتیوم پس از دورهای از عرضه مازاد، سرمایهگذاری در بخش معدن و بودجه اکتشاف کاهش یافته است. این روند چشمانداز تولید آینده و گذار سبز جهانی را به طور جدی تهدید میکند.
بخش عمده ذخایر لیتیوم نیز در استرالیا و «مثلث لیتیوم» در آمریکای جنوبی متمرکز است، در حالی که چین بخش مهمی از ظرفیت پالایش لازم برای تولید مواد مناسب باتری را در اختیار دارد.
باتریهای منیزیمی؟
در حال حاضر بیشتر طرحهای مربوط به باتریهای منیزیمی هنوز در مرحله آزمایش است و نهادهایی مانند دانشگاه واترلو روی آنها کار میکنند.
با این حال برخی خودروسازان بزرگ هرچه بیشتر به توسعه و آزمون گزینههایی با محتوای بالای منیزیم یا منگنز روی میآورند؛ از جمله سلولهای لیتیوممنگنز غنی یا LMFP و همچنین فناوریهای شیمیایی مبتنی بر منیزیم برای افق بلندمدت.
شرکت MG وابسته به سایک موتور به تازگی فناوری جدید باتری نیمهجامد SolidCore با شیمی لیتیوم منگنز اکسید (LMO) را در مدلهایی مانند MG4 EV Urban به کار گرفته است؛ خودرویی که قرار است تا پایان سال ۲۰۲۶ وارد بازارهای بریتانیا و اروپا شود.
جنرال موتورز و الجی انرژی سلوشن نیز در تلاشند سلولهای پیشرفته لیتیوممنگنز غنی (LMR) را در سال ۲۰۲۸ به صورت تجاری عرضه کنند. این سلولها با استفاده از محتوای بالای منگنز هزینه تولید را کاهش میدهند و چگالی انرژی را برای وانتها و شاسیبلندهای برقی آینده افزایش میدهند.
به همین شکل، تویوتا نیز بودجه پژوهشهای بلندمدت ویژهای را برای جایگزینی شیمی استاندارد لیتیوم با گزینههای پرظرفیت مبتنی بر منیزیم تامین کرده است. با این حال هنوز روشن نیست چه زمانی خودروهای تجاری میتوانند از این فناوری استفاده کنند، زیرا پژوهشگران همچنان منتظر دستیابی به پایداری بیشتر در الکترولیتها هستند.
شرکت گریتوال موتور نیز از فناوری ریختهگری نیمهجامد منیزیم برای کاهش وزن قطعات استفاده میکند و تسلا هم در برخی بخشها از آلیاژهای منیزیم در مدلهای ۳ و Y بهره گرفته است.
چرا باتریهای منیزیمی هنوز فراگیر نشدهاند
هرچند باتریهای منیزیمی این روزها بیش از گذشته به عنوان جایگزینی بالقوه برای لیتیوم مورد توجه قرار گرفتهاند، اما تا فراگیر شدن آنها هنوز چالشهای مهمی باقی است.
یکی از مهمترین ضعفهای منیزیم، حرکت کند یونها است؛ به این معنا که ذرات منیزیم درون مواد سازنده باتری آهستهتر جابهجا میشوند.
این ویژگی موجب میشود زمان شارژ بسیار طولانی شود، توان خروجی هنگام شتابگیری سریع کاهش یابد و عملکرد باتری در هوای سرد ضعیف باشد. چنین عواملی تطبیقپذیری باتریهای منیزیمی با باتریهای لیتیومی خودروهای برقی که شارژ سریع و توان بالا ارائه میکنند را بسیار دشوار میکند.
در حال حاضر یافتن الکترولیت مایع یا جامدی که اجازه دهد منیزیم به آسانی حرکت کند و در عین حال خود تجزیه نشود نیز دشوار است، زیرا الکترولیتهایی که انتقال یونهای منیزیم را به شکل کارآمد انجام میدهند در نهایت به خوردگی اجزای داخلی باتری منجر میشوند.
به همین ترتیب، یافتن مادهای برای کاتد که بتواند ورود و خروج یونهای منیزیم را بدون تخریب ساختار خود تحمل کند همچنان بسیار پیچیده است.