GM elektrik avtomobillərinin gələcəyini mini zavodda qurur

Əgər siz Miçiqanın Uorren şəhərində yerləşən GM-in geniş kampusu boyunca sürürsünüzsə, ehtimal ki, 710 akr ərazidə yuxarı hissədə yerləşən iki qonşu, adını çəkmək mümkün olmayan ağ binalara diqqət yetirməyəcəksiniz.

Bu binaların daxilində ümumi sahəsi yarım milyon kvadrat fut olan böyük bir tikinti layihəsi davam edir. Layihə tamamlandıqdan sonra GM-in yeni Batareya Hüceyrəsi İnkişaf Mərkəzinə ev sahibliyi edəcək. Orada şirkət EV-lərin maya dəyərini kəskin azaltmaq məqsədilə yeni prototip hüceyrələr hazırlayır.

GM daha sürətli və ucuz istehsal etməlidir ki, daha geniş miqyasda əlverişli elektrik avtomobilləri sata bilsin. Bu elektrik avtomobilləri uzun müddətdir satışda lider olan Tesla ilə yanaşı, tez-tez ABŞ bazarına daxil olacaq Çin istehsalı EV-lərlə də rəqabət aparacaq. ABŞ-da EV satışı müəyyən səviyyədə olsa da, Amerika Çinin qabaqcıl elektrik avtomobil bazarı ilə rəqabət apara bilmək üçün hələ çox yol keçməlidir.

İran müharibəsinin nəticəsi olaraq bu il benzin qiymətlərinin 40 faiz artması yeni və ikinci əl EV-lərə marağı artırıb. Ancaq bu, əsasən hazırda yeni avtomobilin orta qiyməti olan 50.000 dolların altında qiymətə malik modellərdə müşahidə edilir. Tesla-dan sonra GM ABŞ-da ən çox EV satan şirkət olsa da, onun modellərinin əksəriyyəti yüksək qiymətlidir, çünki batareyalar ümumi maliyyətin 30-40 faizini təşkil edir.

Sentyabr ayının əvvəlində, dəbilqə, təhlükəsizlik eynəyi və yüksək görünüşlü jilet geyindikdən sonra GM-in yeni, daha ucuz batareyalar hazırlamaq üçün istifadə edəcəyi alətləri yaxından gördüm. Bunlar arasında hüceyrə sürpü (slurry) qarışdırmaq üçün böyük qablar, elektrod materialını filmə tətbiq edən örtük maşınları və mineralları enerji saxlama qabiliyyəti olan hüceyrələrə çevirmək üçün digər maşınlar var. Bu zavod az həcmdə istehsal üçün nəzərdə tutulub və mühəndislərə gələcək iri həcmdə istehsalı prototipləşdirmək imkanı verəcək.

Yeni obyekt GM-in uzunmüddətli planını göstərir. Şirkət dünyada Çin tərəfindən nəzarət edilən minerallardan az və ya ümumiyyətlə istifadə etməyən yeni batareya hüceyrələri üzərində işləyir. ABŞ alimləri yeni kimyəvi tərkiblərin əsas tədqiqatını aparıblar, lakin Asiya şirkətləri bu tərkibləri inkişaf etdirib, təkmilləşdirərək geniş miqyasda istehsala keçiriblər.

Çin 15 illik səylə hazırkı hüceyrələrdə, xüsusilə kobalt, nikel və nadir torpaq metalları kimi mineralların təminatı və emalı üzərində qlobal nəzarət əldə edib. Buna görə gələcək batareyalar ölkənin üstünlüyündən çıxmaq üçün fərqli minerallardan istifadə etməlidir. Məsələn, GM-in yeni LMR (litium mangan zəngin) hüceyrələri çox az kobalt və nikel istifadə edir. Digər misal: bu bahar GM startap Peak Energy ilə birgə enerji saxlama üçün natrium-ion hüceyrələri üzərində işə başlayıb.

Bu kimyəvi tərkibləri laboratoriyadan kütləvi istehsala keçirmək on il və ya daha uzun edə bilər. Lakin GM-in belə vaxtı yoxdur. Çin həmin vaxtadək amerikalılara öz EV-lərini sata bilər. GM-in batareya mühəndisləri batdığına inanır ki, Ditröytin 15 mil şimalında yerləşən yeni obyekt buradakı binalarda yeni elektrotexniki tərkiblər və formatlar inkişaf etdirə bilər və planlaşdırılandan daha qısa müddətdə istehsala başlaya bilər. Şirkətin gələcəyi buna bağlıdır.

İyun ayında GM-in batareya üzrə rəhbəri Kurt Kelti mənə bildirdi ki, yeni Batareya Hüceyrəsi İnkişaf Mərkəzi (BCDC) "AR-GE laboratoriyasından istehsala keçid üçün kritik körpü" rolunu oynayacaq. Burada virtual modelləşdirmə, fiziki test imkanları və kiçik miqyaslı istehsal xəttləri birləşdiriləcək. Məqsəd yeni hüceyrələrin hazırlanması və prototipləşdirilməsi ilə kütləvi istehsal arasındakı əlaqəni təmin etməkdir.

BCDC-nin rəhbəri Mo Gallegos ümumi maliyyətin 900 milyon dollar olduğunu söyləyib. Maksimal istehsalda mərkəz günə 4-5 gigavatt-saatlıq hüceyrə istehsal edə bilər. Lakin məqsəd keyfiyyətdir, say yox.

Yarım milyon kvadrat futluq laboratoriyada mən elektrodlardan başlayaraq bitmiş hüceyrəni ilk dəfə enerji ilə dolduran avadanlığa qədər hüceyrə hazırlamaq üçün lazım olan əksər maşınları gördüm. Mini-zavod müxtəlif tərkiblər və formatlarla işləyəcək, ilkin olaraq prizm şəklində olan hüceyrələrlə başlayacaq. Məqsəd istehsal proseslərinin sınaqdan keçirilməsi, optimallaşdırılmasıdır, bu isə geniş miqyasda tətbiqdən əvvəl həyata keçiriləcək.

BCDC faktiki işləyən hüceyrələr istehsal edəcək, lakin həcmi tam istehsal zavodlarından qat-qat aşağı və sürəti daha yavaş olacaq. GM-in batareya inkişaf etdiriciləri bu prosesdən əldə olunan təcrübəni tam həcmli istehsal üçün dostlara ötürəcək.

Bu zavodların əsas istehsal tərəfdaşlarına ehtimalən Ultium Cells LLC şirkətinə aid iki zavod daxildir. Bu şirkət GM və onun tərəfdaşı LG Energy Solution-un hüceyrə istehsalı üzrə birgə müəssisəsidir. İlk zavod 2022-ci ildə Uorren, Ohayo-da açılıb, GM-in EV-ləri üçün nikel-mənqan-kobalt-alüminiumlu böyük paketli qablaşdırılmış hüceyrələr istehsal edir. İkinci zavod Tennessi, Spring Hills-də 2024-cü ilin əvvəllərində açılıb və enerji saxlama üçün litium-ion fosfat hüceyrələri hazırlayır.

İki BCDC binasından birincisi anod və katodun əks tərəflərdə olduğu yer, elektrodlаr arasındakı toplama üçün mərkəzi hissəni saxlayır. Elektrodlаrın rulonlarını ikinci binaya körpü ötürür. Orada hüceyrələr yığılır, doldurulur və 8-11 gün yoxlanılır. İkinci mərtəbələrdə metalların, filmlərin və komponentlərin anbarı, həmçinin proseslərin tozsuz, steril və uyğun temperaturda saxlanması üçün geniş HVAC qurğuları yerləşir.

BCDC ilin dördüncü rübündə ilk sınaq hüceyrələri — LMR prizmatik hüceyrələri istehsal etməyi planlaşdırır. Həmin modellər 2028-ci ilədək Ultium zavodunda kütləvi istehsala keçməyəcək. LMR-nin sınaqları başlayandan sonra Peak Energy ilə birgə hazırlanan natrium-ion prizmatik cell-lər də əlavə olunacaq.

BCDC-nin həll etməli olduğu məsələ yeni kimyəvi tərkibin kiçik miqyasda yaradılması ilə yüz minlərlə və ya milyonlarla sayda kütləvi istehsal arasındakı böyük fərqdir. Onları kommersiyalaşdırmaq üçün həm istehsal texnologiyasını, həm də bitmiş hüceyrələrin keyfiyyət və sayını təmin etməli olurlar.

Bir hüceyrəni bazara çıxarmağı dörd mərhələdə təsəvvür etmək olar: yeni tərkibin yaradılması, ilkin prototiplərin sınağı, istehsal prosesinin öyrənilməsi və kütləvi istehsalın gücləndirilməsi.

Birinci faza illərlə GM-in Kettering AR-GE laboratoriyasında mərkəzləşib. Orada EV1, 2011 Chevrolet Volt və 2028-də istifadəyə veriləcək LMR tərkibi üçün yeni kimyəvi birləşmələr yaradılıb və sınaqdan keçirilib. Lakin burada yalnız tək hüceyrə səviyyəsində, "sikkə" və ya kiçik torba formatlarında yoxlama aparılır.

GM bu ikinci fazanı 2023-də açılan Wallace Batareya Hüceyrəsi İnnovasiya Mərkəzi ilə öz layihəsinə daxil edib. Bu laboratoriya yeni kimyəvi tərkibləri daha böyük, 200 amper-saatlıq hüceyrələrə qədər genişləndirir. Wallace bu hüceyrələri az sayda istehsal edir və onların yeni tərkibdə praktik və performans baxımından uyğun olub-olmadığını yoxlayır.

İndi üçüncü faza qonşu BCDC-yə gəlib. Orada real dünya hüceyrə istehsalı və batareya yığım maşınları ilə gündə minlərlə hüceyrə hazırlanacaq, bu isə böyük zavodlarda istehsalın rahat başlanmasını təmin edəcək. Zavod ikiqat sahə ilə tikilib ki, gələcəkdə çoxsaylı tərkiblər və formatlar üçün genişləndirilsin.

Tarixən ikinci və üçüncü fazalar batareya istehsalçıları tərəfindən həyata keçirilirdi. Onlar yeni kimyəvi tərkib ilə kütləvi istehsal arasındakı əlaqə idi və adətən xaricdə aparılırdı. Wallace və BCDC birlikdə GM-ə təqribən 1 milyon kvadrat fut batareya inkişaf sahəsi təqdim edir. (GM işçi sayını açıqlamayıb, dəyişkən olduğunu bildirib.)

Dördüncü və son faza isə Ultium Cells və digər yüksək həcimli zavodlarda kommersiya istehsalıdır.

Hər fazanın səviyyəsini müqayisə etmək üçün: Kettering AR-GE tək hüceyrə üçün istifadə olunan sürpünü 1 litr istehsal edə bilər. Wallace laboratoriyası 40 litr götürür. İndi isə BCDC bir prosesdə eyni zamanda 1.500-dən 2.000 litrə qədər istehsal edə bilər. Böyük həcmli zavodlar isə eyni prosesin neçə on qatını bir vaxtda işə sala bilirlər.

Hər hansı fiziki istehsaldan əvvəl, hüceyrə mühəndisləri bütün prosesdə virtual reallıqdan istifadə edir. Yeni dizaynlar sürətlə hazırlanır və təkmilləşdirilir, çünki "rəqəmsal əkizlər" ilə istehsal öncəsi simulyasiyalar aparılır. Avtomobil sahəsində CAD proqramları ilə struktur və qəza modelləşdirilməsi buna nümunədir. Bu metodlar sınaq ehtiyacını azaldır və mühəndisliyi sürətləndirir.

Məsələn, hüceyrə kimyəvi proseslərinin daxili davranışından tutmuş mollekul qarışdırılması kimi mərhələlərdə yüksək sürətdə modelləşdirilmə vaxtı azaldır. Bu isə laboratoriyadan bazara yeni hüceyrənin çıxma müddətini həftələr, aylar qısaldır.

Son vaxtlar GM müxtəlif virtual modellərdə süni intellektdən geniş istifadə edir. 10 illik batareya məlumatları əsasında böyük dil modelləri kiçik kimyəvi dəyişikliklərin və proses variasiyalarının nəticələrini ənənəvi prototipləşdirmədən xeyli sürətli proqnozlaşdırır. Bu nəticələr real prototiplərdə çox yaxşı təsdiqlənib.

Kimyəvi səviyyədə modelləşdirmə GM-ə "silisiumun çox olması və ya kobaltın azaldılması kimi ssenariləri bir neçə gün ərzində simulyasiya etmək imkanı verir," deyir Radu Theyyunni. Kurt Kelti əlavə edib ki, şirkət istehsal proseslərini buna uyğun tənzimləyir və yenidən modelləşdirir. Əgər buxar istehsalçısı da olsa, xarici zavodda bu aylar çəkərdi.

Sürpü qarışdırması molekul modelləşdirməsi ilə GM qarışdırma müddətini sənaye standartından yarıya endirib və bu keyfiyyət və performansa təsir etməyib. Ümumilikdə Theyyunni dedi ki, bütün proses təqribən yarıbayarı sürətlənəcək, lakin şirkət vaxtın qısaldılmasını rəqəmlə açıqlamayıb. Əvvəllər Kelti belə demişdi ki, yeni kimyəvi tərkiblərin inkişafında ilədək vaxt qısalda bilər.

Modelləşdirmə bütün nəqliyyat vasitəsi inkişafını əhatə edir: tam bir EV-nin rəqəmsal əkizi, batareya paketi, daxili hüceyrələr, elektrodlarda hissəciklərin davranışını simulyasiya edən elektrod əkizi və atom səviyyəsində litiumun elektrodlarda diffuziyasını modelləşdirən twin.

Metodlar kimyəvi tərkiblər arasında rahat keçid verir. Hüceyrə üçün "atom modelləşdirmə kimyəvi tərkibdən asılı deyil," deyir Kelti. NMCA-dan natrium-ion hüceyrələrə keçid üçün "sadəcə modeldə atomlar dəyişdirilir." "Kvant mexanikası üçün əsas tənliklər yaxşı məlumdur," əlavə edir Theyyunni.

Atomla atom davranışını modelləşdirmək, hətta tam istehsal prosesini simulyasiya etmək çox hesablama gücü tələb edir. Tdurn zamanı Gallegos bildirdi ki, batareya inkişaf kompleksi Uorren kampusunun ən çox enerji sərf edən sahəsidir.

Şirkət intensiv hesablama gücündən EV-lər dövründən əvvəl də istifadə edirdi. Otuz ildən çox əvvəl ilk emissiya tənzimləmələri qüvvəyə minəndən sonra GM yanacaq yanma proseslərini modelləşdirməyə başladı. Mühərrikdə çoxlu klapan, dəyişkən valf zamanlaması və digər texnologiyalar tətbiq olunduqdan sonra hesablama modelləri mühəndisliyin inkişafında əsas rol oynadı. Məsələn, dizel yanmasının törətdiyi kömürcüklərin formalaşması və azaldılması.

Bu təcrübə və hesablama gücü şirkətə "bu sahələrə çox detallı çoxfizikalı alətləri tətbiq etməkdə çox fayda verdi," deyir Theyyunni.

Tur zamanı Theyyunni şirkətin hesablama gücünün ABŞ-da dövlət laboratoriyalarından sonra ikinci ən böyük olduğunu söylədi. "Atom modelləşdirmədə inkişaf tempi sürətlidir," əlavə etdi. Son altı ayda şirkətin süni intellekt qabiliyyətləri xeyli artıb.

Yanacaq mühərriki sahəsi indi süni intellekti güclü şəkildə tətbiq edir, amma hüceyrə modelləşdiriciləri bunun hələ qabağında olduqlarını düşünürlər. Atom və proses modelləri LMR hüceyrələri inkişafı üçün dizayn edildiyində, yanacaq mühərriki modelləşdirilməsindən üç dəfə çox hesablama gücü tələb edib.

Kelti süni intellekt əsaslı modelləşdirmə və simulyasiya alətlərinin imkanlarından ruhlanıb. Uzunmüddətli məqsəd testləri aradan qaldırmaq, yaxud müəssisələri daha səmərəli etməkdir — dedi.