هل بطاريات المنجنيز هي مفتاح السيارات الكهربائية الرخيصة؟

LMFP هي جسر واعد يسد فجوة كثافة الطاقة بين LFP وNMC مع الحفاظ على سلامة LFP وانخفاض تكلفتها.
LMFP هي جسر واعد يسد فجوة كثافة الطاقة بين LFP وNMC مع الحفاظ على سلامة LFP وانخفاض تكلفتها.

شارك هذه الصفحة

بطاريات LMFP ليست وحدها مفتاح السيارة الكهربائية الرخيصة، لكنها قد تكون القطعة الناقصة: فوسفات الليثيوم منغنيز الحديد، أي LMFP، هي كيمياء كاثود تعد برفع كثافة الطاقة بنحو 15-20% مع الحفاظ على التكلفة المنخفضة وسلامة LFP. أي أنها تبدو كجسر يسد الفجوة بين LFP وNMC القائم على النيكل. والسؤال هو: هل يمكن بناء هذا الجسر فعلاً، أم أنه وعد مخبري آخر؟

أبرز النقاط

  • أقصى كثافة طاقة لخلية LMFP 230 واط ساعة/كغ; بينما هذه القيمة في LFP 170 واط ساعة/كغ, وفي NMC 350 واط ساعة/كغ
  • جهد التشغيل يرتفع من مستوى 3.2 فولت في LFP إلى 3.7 فولت - وهذا مصدر مكسب الطاقة
  • عمر الدورات 2,000-3,000 دورة، أقصر من LFP وأطول من NMC
  • أُعلن عن LMFP لأول مرة بديلاً عاماً سنة 2014 تم الإعلان عنه كخليفة في عام 2014؛ ولا يزال الإنتاج التسلسلي يتقدم تدريجياً
  • لا يحتوي على الكوبالت أو النيكل؛ وملف التكلفة والسلامة قريب من LFP

ما دور المنغنيز في البطارية؟

لنبدأ من الأساسيات، لأن قصة LMFP كلها مخبأة خلف حرف واحد: M. يعني LMFP فوسفات الليثيوم منغنيز الحديد، وصيغته LiMnx Fe(1-x) PO4 . قد تبدو مخيفة لكن منطقها بسيط جداً. فهي تحافظ على البنية البلورية الأوليفينية لـ LFP المعروف كما هي؛ فقط تستبدل جزءاً من الحديد في الكاثود بالمنغنيز. يمكن تشبيه ذلك بوصفة: نفس وصفة الكعكة، لكنك تستبدل جزءاً من قطع الشوكولاتة بالبندق. الكعكة تبقى الكعكة نفسها، لكن بعض صفاتها تتغير.

وما يتغير، وهنا النقطة الجوهرية، هو الجهد. فالمنغنيز يمتلك جهداً أكسدة-اختزالاً أعلى من الحديد؛ لذلك يرتفع جهد تشغيل الخلية من مستوى 3.2 فولت في LFP إلى نحو 3.7 فولت . كثافة الطاقة تعني السعة مضروبة في الجهد. فعندما تبقى السعة شبه ثابتة ويرتفع الجهد، يأتي مكسب الطاقة مجاناً - على الأقل نظرياً. ونسبة استبدال جزء من الحديد بالمنغنيز هي معامل يُضاف إلى الخلية أثناء التصنيع؛ وليس شيئاً يُضبط بمسمار على العلبة، بل هو من جوهر الكيمياء نفسها.

LFP وLMFP وNMC: ماذا تقول الأرقام حقاً؟

لفهم الوعد، يجب النظر إلى الجدول الذي يجمع الكيمياءات الثلاث جنباً إلى جنب. إليك صورة المقارنة الواضحة:

الخاصيةLFPLMFPNMC
السعة النظرية للكاثود170 مللي أمبير/غ170 مللي أمبير/غ280 مللي أمبير/غ
أقصى كثافة طاقة للخلية170 واط ساعة/كغ230 واط ساعة/كغ350 واط ساعة/كغ
جهد التشغيل3.2 فولت3.7 فولت3.7 فولت
عمر الدورات2,000-6,0002,000-3,000800-2,000
التوصيل الكهربائي (S/cm)10^-910^-1310^-3
السلامةعاليةعاليةمتوسطة
التكلفةمنخفضةمنخفضةعالية

أكثر سطر لافت في هذا الجدول برأيي هو الموصيلية. فموصيلية LMFP ليست أدنى من NMC فحسب، بل حتى من سلفتها المباشرة LFP. أي أن المنغنيز يمنحنا طاقة إضافية، لكنه يجلب معه مشكلة تعيق تدفق التيار الكهربائي. والقيم في العالم الواقعي تؤكد الجدول أيضاً: بينما تتراوح خلايا LFP عالية الإنتاج ضمن نطاق 160-210 واط/ساعة/كيلوغرام اعتباراً من 2026، وتتحرك الخلايا عالية النيكل في نطاق 240-300 واط/ساعة/كيلوغرام، تقع LMFP في نطاق 160-200 واط/ساعة/كيلوغرام. هذه الفجوة بين السقف النظري والنتيجة العملية هي أقدم حكاية في عالم البطاريات.

لكل كيمياء نقطة ضعف: ما مشاكل LMFP؟

Manganezin elektrolitte çözünerek hücreyi yıpratması, nano katotlar ve katkilama sayesinde 2.000 şarj çevrimini aşan ömürlere yenilgiye uğratıldı.

هنا تتحقق المسافة بين الوعد والواقع. خلف الموصيلية المنخفضة لـ LMFP تكمن مشاكل هيكلية تُعرف باسم تشوهات جان-تيلر والبولارون، وهي تبطئ حركية القطب الكهربائي. وللتعبير عنها بلغة يومية: الإلكترونات والأيونات تضطر إلى السير بدلاً من الركض داخل الخلية، مما يؤثر على أداء الشحن السريع والقدرة. المشكلة الثانية هي تفكك المنغنيز وانحلاله في المنحل بالكهرباء، وهذا يستطيع إتلاف الخلية مع مرور الوقت وتقصير عمرها.

فماذا يفعل المهندسون؟ ترسانة الحلول ممتلئة إلى حد بعيد:

  • مادة كاثود على نانومتر - فكلما صغرت الجزيئات قصرت المسارات
  • الطلاء بالكربون - الطريقة الكلاسيكية لزيادة الموصيلية
  • الإضافة مع عناصر مثل Mg وTi وNb وZr وAl
  • الطلاءات السيراميكية للسطح وتقليص حجم الجزيئات

يُقدَّر أنه بفضل هذه التحسينات تجاوز عمر الدورة 2,000 دورة وأن التقنية انطلقت نحو التطبيق العملي. فقد حافظت خلايا pouch بنسبة 80:20 المصنوعة من مادة LMFP منتجة في منشأة تجريبية في إنجلترا بعد 1,000 دورة على أكثر من 80% من سعتها الأصلية، وتم التحقق في الاختبار من كثافة طاقة أعلى من LFP. وهذه بالفعل إشارات واعدة.

لكن هناك إشكالية توازن أخرى، وهي توازن كيميائي مع ذلك. فكلما زدت المنغنيز زادت كثافة الطاقة، لكن في المقابل تقل الاستقرار الذي يوفره الحديد والقدرة على الشحن السريع. الأمر أشبه بقضية مكونات البيتزا: كل مكوّن إضافي تضعه فوقها يضيف شيئاً، لكنه يزيد أيضاً الحمل الذي يضطر العجين إلى حمله. لهذا يحاول المصنعون إيجاد نسبة المنغنيز المثلى، فيما يحاول بعضهم خلط LMFP مع NMP... مع NMC لدمج نقاط القوة في الكيميائين.

هل تتطابق الوعود مع الجداول الزمنية؟ لنلقِ نظرة على حالة الإنتاج

والآن وصلنا إلى الجزء الأكثر تشكيكاً، لأن تاريخ LMFP يعلّمنا ما يلي: هذه التقنية ليست جديدة. فمؤسس BYD وانغ تشوان-فو عام 2014 كان قد أعلن أنه يطورها بوصفها خليفةً لـ LFP. وفي 2017 لم تتمكن من دخول السوق رغم سياسة الدعم الصينية التي تكافئ كثافة الطاقة. أي أن الوعد موجود على الطاولة منذ عشر سنوات على الأقل.

وعلى جبهة الإنتاج الكمي أيضاً الصورة مختلطة. ففي 2023 أعلنت شركة ÇALB الصينية عن بطارية LMFP توعد بمدى 1,000 كم وخططت للانتقال إلى الإنتاج الكمي في العام التالي، فيما كانت معظم المبادرات الأخرى آنذاك لا تزال في مرحلة النماذج الأولية. وتسيطر الشركات الصينية على 90% من إنتاج LFP العالمي مالك وتسارع جهود الإنتاج الضخم لـ LMFP منذ عام 2022. وهناك أنباء عن بدء استخدام أولى بطاريات LMFP المخصصة للاستخدام التجاري؛ كما ترد أنباء هذا العام عن أن CATL، إحدى اللاعبين الرئيسيين، ستبدأ أيضًا في إنتاج LMFP بكميات كبيرة.

لكن الوجه الآخر للصورة كالتالي: شركة تنتج حلول البطاريات الصناعية تدافع بوضوح عن أن LMFP ليس اليوم كيمياءً راسخة في السوق الصناعية وبمرحلة نضج الإنتاج الضخم، وأنه لا توجد مؤشرات على ثورة وشيكة. ومقاربة الشركة راسخة تمامًا: عدم تبني أي كيمياء جديدة قبل إكمال اختبارات السلامة والاستخدام الواقعي، بما في ذلك اختبارات التفكك الحراري وانتشاره. والأكثر لفتًا للانتباه هو هذه البيانات: في عام 2025 تم تحويل أكثر من 50 جيجاواط ساعة من طاقة الإنتاج المملوكة لـ LG Energy Solution وFord من NMC إلى LFP. أي أن الاستثمار السائد في القطاع لا يزال في LFP وليس في LMFP. ويبدو أن التفضيل الحقيقي يذهب حيث تتدفق الأموال.

وهناك أيضًا توقعات طموحة في تقارير السوق: مثل التوقعات التي تقول إن سوق LMFP سيرتفع من مستوى 277 مليون دولار في 2026 إلى مئات المليارات بحلول 2035 بمعدل نمو سنوي قدره 129.3%. لنكن صادقين: عندما أرى هذه المنحنيات المبالغ فيها آخذ بقليل من الملح فورًا. لقد رُسمت رسوم بيانية مماثلة تمتد إلى النجوم لكل كيمياء بطاريات جديدة؛ وغالبًا ما كانت النتيجة تحسينات تدريجية بدلًا من الثورة الموعودة. وفي قصة البطاريات ذات الحالة الصلبة يوجد هذا التوتر نفسه بين الوعد والواقع، ويجب تحليل LMFP ضمن الإطار ذاته.

حقائق المدى: هل سنحصل فعلًا على كيلومترات أكثر في السيارة الرخيصة؟

جاء دور السؤال الأكثر عملية. اليوم تهيمن LFP بشكل أساسي على النماذج الرخيصة بمدى 300-500 كم، بينما تتواجد NMC في النماذج متوسطة وعليا الفئة بمدى 400-700 كم. صُممت LMFP لتقدم مدى يقع تمامًا بين هاتين الفئتين، ويُتوقع أن يكون مجال استخدامها الأساسي هو السيارات الكهربائية متوسطة الفئة. هناك تقييمات مثل مكسب قدرة بنسبة 10-20% مقارنة بـ LFP وقدرة مدى تبلغ 250-300 ميلاً، وتحسن الشحن السريع؛ وفي اختبارات واقعية لصالح إحدى الشركات المصنعة أُبلغ عن زيادة في كثافة الطاقة بنسبة 20% واحتفاظ بالسعة بنسبة 92% عند معدل تفريغ 5C. لكن يجب الإشارة إلى أن هذه ادعاءات من مصادر المصنعين ولم تتضح بعد تحققاتها المستقلة. لقد سمعنا ادعاءات مماثلة من قبل، أليس كذلك؟ أما في جانب الإدارة الحرارية فالأخبار جيدة. تعتمد LMFP على البنية الأوليفينية نفسها والروابط الفوسفورية-الأكسجينية القوية كما في LFP؛ بينما عتبة التفكك الحراري في LFP حوالي 270 درجة مئوية، وتُصنف LMFP أيضًا ضمن فئة السلامة العالية. كلاهما أكثر أمانًا بشكل ملحوظ من NMC. علاوة على ذلك لا تحتوي LMFP على كوبالت أو نيكل؛ بل تستخدم عناصر وفيرة مثل الحديد والمنغنيز والفوسفور. وهذا يخفض التكلفة، ويقلل من مخاطر سلسلة التوريد، ويمنحها فرصة الحفاظ على ميزة السعر في سوق تكون فيه عبوات LFP في 2025 أرخص بنسبة

أكثر من 40% لكل كيلوواط ساعة مقارنة بـ NMC. يجري كونها رخيصة في سوق لا تزال تحتفظ فيه بفرصة الحفاظ على ميزة السعر مقارنة بـ NMC.

الحكم: جسر أم وعد آخر؟

بالنسبة للمتفائلين، LMFP كيمياء جسرية تكلفتها قريبة من LFP، وتحافظ على مستوى السلامة نفسه، وتسد الفجوة بين NMC وLFP؛ كما أن وتيرة الإنتاج الضخم في الصين تدعم ذلك. أما بالنسبة للمتحفظين، فالأوضاع مختلفة: التقنية تطور مثير للاهتمام، لكن التحقق من سلامتها وموثوقيتها شرط ضروري قبل تبنّيها على النطاق الصناعي؛ وبصورتها الحالية لا يمكن اعتبارها حلاً بلا تنازلات، ولا توجد بعد أي إشارة إلى ثورة.

قراءتي هي التالية: LMFP على الأرجح مفتاح مهم، لكنه ليس بمفرده. فمزيج التكلفة المنخفضة مع المدى الأطول هو المعادلة الأصعب التي تواجه السيارات الكهربائية حتى الآن، وLMFP إجابة منطقية لهذه المعادلة. غير أن جداول زمنية تأخرت لعقد من الزمان، ومشاكل هندسية لم تُحل بعد مثل التوصيلية المنخفضة، واستمرار تدفق أموال استثمارات القطاع نحو LFP، كل ذلك يعلّمنا الحذر. برأيي، السيناريو الأكثر واقعية هو التالي: LMFP لن يحل محل LFP، بل سيُضاف إليه تدريجياً، خاصة في السيارات من الفئة المتوسطة. ليس ثورة بل تطور - تماماً ككل جيل جديد من البطاريات في هذا القطاع.

فما رأيك - هل المدى الأكبر بنسبة 20% في سيارة كهربائية من الفئة المتوسطة يعفيك تماماً عن محطة الوقود، أم كنت ستنتظر فرق السعر؟ نلتقي في التعليقات.

المصادر