آینده الکتریکی جنرال موتورز در گرو یک باتری جدید؛ مرکز فوق‌پیشرفته‌ای که برگ برنده جی‌ام خواهد بود

در میان بناهای تاریخی موجود در مرکز فناوری وارن شرکت جنرال موتورز (GM) واقع در حومه دیترویت، یک سنگ بنای جدید از سرمایه‌گذاری ۹۰۰ میلیون دلاری این خودروساز در آینده الکتریکی آن پنهان شده است. این سازه شامل دو بلوک بی‌پی‌رایه و خاکستری‌رنگ با مساحت ۵۰۰ هزار فوت مربع است که خانه «مرکز توسعه سلول باتری» جدید جنرال موتورز (BCDC) هستند. این مرکز ممکن است از نظر ظاهری چندان چشمگیر نباشد، اما رازی بزرگ در داخل آن نهفته است که کلید برنامه جنرال موتورز برای کاهش هزینه‌های خودروهای الکتریکی خود تا نزدیک به ۱۰ درصد محسوب می‌شود.

در شرایطی که برخی از خودروسازان بزرگ جهان تولید خودروهای الکتریکی (EV) را متوقف یا کند کرده‌اند، این مرکز جدید توسعه سلول باتری بخشی از رنسانس و بازآفرینی استراتژیک جی‌ام است. مقامات جنرال موتورز در گفتگو با تک‌کرانچ اعلام کرده‌اند که به لطف این مرکز می‌توانند نسلی از باتری‌های جدید و بسیار کم‌هزینه را یک سال زودتر از برنامه زمان‌بندی اصلی خود به بازار عرضه کنند. این تحول در حالی رخ می‌دهد که جنرال موتورز در سال گذشته به دلیل بازطراحی و تعدیل ظرفیت تولید خودروهای الکتریکی خود، متحمل ۱.۶ میلیارد دلار هزینه شده و در این فرآیند هزاران کارگر را اخراج کرده است. همچنین گزارش‌هایی منتشر شده مبنی بر اینکه این شرکت به طور موقت پروژه بازطراحی مدل‌های بزرگ کامیون و شاسی‌بلندهای (SUV) الکتریکی خود را متوقف کرده است.

برای بازگرداندن استراتژی خودروهای الکتریکی به مسیر اصلی، کورتی کِلتی، معاون رئیس بخش باتری و پایداری در جی‌ام، موفقیت آینده شرکت را بر پایه یک شیمی باتری جدید به نام LMR قرار داده است. کِلتی که پیش از این مدیریت توسعه فناوری باتری را در شرکت تسلا بر عهده داشت، در طول دو سال حضورش در جنرال موتورز، این محصول را به امضای کاری خود تبدیل کرده است. او به تک‌کرانچ گفت: «این فناوری واقعاً می‌تواند نان و نمک و خط اصلی محصولات ما باشد.» توقف غافلگیرکننده جی‌ام در عرضه برخی مدل‌های الکتریکی، با نوسانات شدید صنعت باتری در آمریکا طی دو دهه گذشته همخوانی دارد؛ چرا که استارتاپ‌های اولیه نتوانستند به وعده‌های خود عمل کنند و اخیراً نیز رقابت شدید شرکت‌های چینی، خودروسازان و تولیدکنندگان باتری را مجبور کرده تا برنامه‌های پنج سال پیش خود را به طور کامل بازبینی کنند.

در جی‌ام، این فشارهای رقابتی باعث شد تا عمر «آلتیوم» (Ultium)—پلتفرم باتری برندشده‌ای که پایه فعلی خودروهای الکتریکی این شرکت است—بسیار کوتاه شود. جنرال موتورز نیز مانند بخش عمده‌ای از این صنعت، روی یک شیمی باتری گران‌قیمت اما قدرتمند به نام NMC (نیکل-منگنز-کبالت) شرط‌بندی کرده بود. با این حال، افزایش سرسام‌آور هزینه مواد اولیه و سلطه همه‌جانبه چین بر معادن حیاتی، باعث شد قیمت نهایی خودروهای الکتریکی بسیار بالاتر از حد انتظار باشد. فناوری NMC در ساختار جی‌ام ناپدید نخواهد شد، اما از این پس تنها برای خودروهای لوکس و رده‌بالا استفاده می‌شود.

به جای آن، جنرال موتورز در حال توسعه فناوری LMR (لیتیوم-منگنز غنی‌شده) است. این شرکت ادعا می‌کند LMR از نظر چگالی انرژی تقریباً با NMC برابری می‌کند، اما هزینه تولید آن به اندازه شیمی‌های ارزان‌قیمتی مانند LFP (لیتیوم-آهن-فسفات) است که در مدل‌های پایین‌تر نظیر شورولت بولت (Chevrolet Bolt) استفاده می‌شود. هنگامی که جنرال موتورز سال گذشته LMR را معرفی کرد، مدعی شد که این شیمی جدید در خودرویی مانند کامیون شورولت سیلورادو الکتریکی (Silverado EV)، می‌تواند محدوده پیمایش بالای ۴۰۰ مایل را حفظ کند و در عین حال هزینه‌ها را حداقل ۶۰۰۰ دلار کاهش دهد. این کاهش هزینه در مدل‌های میان‌رده، قیمت خودروی الکتریکی را به نسخه بنزینی (گازی) بسیار نزدیک می‌کند.

البته کشف یک شیمی باتری جدید در آزمایشگاه یک چیز است و تولید آن در مقیاس گیگاوات‌ساعت با سرعت بالای صنعت امروز، چیز دیگری است. با توجه به فشار سنگین از سوی غول‌های خودروسازی نظیر BYD و پیشتازان حوزه باتری مانند CATL، جنرال موتورز اعلام کرده که هدفش روانه کردن وسایل نقلیه مجهز به باتری LMR به بازار تا سال ۲۰۲۸ است. جنرال موتورز برای رسیدن به این ضرب‌الاجل حیاتی، به‌شدت به مرکز جدید توسعه سلول باتری خود وابسته است. این مرکز به عنوان حلقه مفقوده استراتژی باتری جنرال موتورز عمل می‌کند. این شرکت در سال ۲۰۲۲ مرکز نوآوری سلول باتری والاس و اولین گیگافکتوری خود را افتتاح کرده بود، اما چیزی که کم داشت، راهی برای اتصال دستاوردهای آزمایشگاهی والاس به خطوط تولید انبوه در تنسی و اوهایو بود.

این مرکز که کارکنان داخلی آن را «خط پایلوت» می‌نامند، عملکردی مشابه یک خط نمونه‌سازی دارد اما در ابعادی بسیار بزرگتر. این مرکز پس از بهره‌برداری کامل، قادر خواهد بود روزانه حدود ۲۵۰۰ سلول باتری (معادل نیم گیگاوات‌ساعت در سال) تولید کند. این مجموعه، باتری‌هایی را که در مقادیر محدود (حدود ۳۰ تا ۵۰ عدد در روز) در مرکز تحقیقاتی والاس مجاور ساخته می‌شوند تحویل می‌گیرد تا تعیین کند که آیا فرمول آن‌ها برای تولید صنعتی مناسب است یا خیر. بسیاری از دستورالعمل‌های جدید باتری هنگام تجاری‌سازی و افزایش مقیاس افت عملکرد پیدا می‌کنند و شرکت‌ها زمان زیادی برای رفع این باگ‌ها ندارند. طبق گزارش موسسه مک‌کینزی، اگر یک شیمی جدید نتواند ظرف مدت ۱۸ ماه در یک خط تولید به بازدهی ۸۵ درصدی برسد، نباید به عنوان محصولی قابل‌فروش در بازار در نظر گرفته شود.

چالش‌های این کار شبیه به این است که دستور پخت یک غذا برای خانواده‌ای ۴ نفره را برداشته و بخواهید آن را برای یک جشن عروسی با ۴۰۰ مهمان مقیاس‌گذاری کنید. مسئله فقط حجم خروجی کارخانه نیست؛ باتری‌هایی که از مرکز تحقیقاتی بیرون می‌آیند به اندازه سکه‌هایی کوچک هستند، در حالی که سلول‌های واقعی مورد استفاده در بسته باتری یک خودرو، ابعادی شبیه به یک تخته برش کوچک دارند. کِلتی در این باره می‌گوید: «وقتی یاد گرفتی چطور این دستور پخت را در والاس اجرا کنی، باید بفهمی که چطور می‌خواهی آن را در حجم بالا تولید کنی؟ وقتی از فرمت سکه‌ای به فرمت بزرگ منتقل می‌شوی، ویژگی‌ها به طور کامل و دقیق منتقل نمی‌شوند.» مرکز BCDC طراحی شده تا این فرآیند انتقال را بسیار کم‌دردسرتر کند.

یک تست تجربی کامل در این مرکز حدود ۲۰۰ هزار دلار هزینه دارد که بسیار کمتر از مخارج کارخانه‌های بزرگ اولتیموم است. کِلتی افزود که وقتی تیم BCDC مطمئن شود فرآیند تولید را به خوبی بومی‌سازی کرده است، انتقال به فاز تولید انبوه بسیار آسان‌تر خواهد بود؛ چرا که تجهیزات خط پایلوت و کارخانه اصلی تقریباً یکسان هستند. مرکز BCDC بسیار کوچک‌تر از کارخانه باتری سازی ولتیم در تنسی است که مساحتی برابر با ۲.۸ میلیون فوت مربع دارد و سالانه حدود ۳۰۰ میلیون سلول (معادل ۴۵ گیگاوات‌ساعت) تولید می‌کند. BCDC خطوط تولید کمتری دارد و تنها حدود یک‌صدم آن کارخانه سلول تولید می‌کند؛ حتی مخازن میکس مواد باتری در آن ۴۰ لیتری هستند، در حالی که در کارخانه ولتیم از مخازن ۲۰۰۰ لیتری استفاده می‌شود. با این حال، BCDC هنوز بسیار بزرگتر از مرکز تحقیقاتی والاس است.

مو گالوس، رئیس BCDC در شرکت جنرال موتورز، به تک‌کرانچ گفت: «این مرکز دقیقاً برای پر کردن شکاف عمیق میان بخش توسعه و تولید انبوه طراحی شده است.» جنرال موتورز برای کاهش هزینه‌ها، تلاش کرده تا با استفاده از مدل‌های مختلف هوش مصنوعی (AI)، بسیاری از فرآیندها را شبیه‌سازی کند. این شرکت سرمایه‌گذاری سنگینی روی قدرت محاسباتی انجام داده است؛ اگرچه آمار دقیقی ارائه نشده، اما گفته می‌شود توان پردازشی آن در مقیاس آزمایشگاه‌های ملی علوم است. این خودروساز مدل‌های پیشرفته مبتنی بر فیزیک را توسعه داده تا تأثیر تغییرات در شیمی یا فرآیند ساخت بر عملکرد نهایی سلول باتری را کاملاً شبیه‌سازی کند.

رادو تیلیونی، مدیر جهانی بخش الکتریسیته مجازی و قدرت در جی‌ام، در این رابطه به تک‌کرانچ گفت: «ما در پروژه توسعه LMR، بیش از ۱۵۰ میلیون ساعت پردازش مرکزی (Core Hours) را ثبت کرده‌ایم؛ جالب است بدانید که حتی بیشتر برنامه‌های توسعه موتورهای احتراقی نیز این تعداد ساعت هسته پردازشی را مصرف نمی‌کنند.» علاوه بر این، یک نسخه دوقلوی دیجیتال (Digital Twin) کامل از مرکز BCDC شبیه‌سازی شده است که تمام برد‌های کنترل تجهیزات، سیم‌کشی‌ها و حتی تیغه‌های درون مخازن مخلوط‌کن را شامل می‌شود. تیم فنی پیش از ورود خبرنگار تک‌کرانچ به خط تولید، با استفاده از هدست واقعیت مجازی (VR) و از طریق این دوقلوی دیجیتال، او را به یک تور مجازی از ابتدا تا انتها بردند.

با راه‌اندازی BCDC، دوقلوی دیجیتال برای طیف وسیعی از وظایف مهندسی به کار گرفته شده است. در یک نمونه، تیم طراحی از آن استفاده کرد تا مطمئن شود برنامه‌ریزی فیزیکی خطوط، فضای کافی را برای تردد اپراتورها و انجام تعمیرات دوره‌ای تجهیزات باقی می‌گذارد. در موردی دیگر، آن‌ها سیستم‌های کنترل دستگاه‌ها را شبیه‌سازی کردند تا مطمئن شوند همه چیز طبق انتظار رفتار می‌کند. گالوس در این باره می‌گوید: «آیا تجهیزات همان‌طور که باید کار می‌کنند؟ آیا ایمن هستند؟ این شبیه‌سازی‌ها زمان عیب‌یابی (Troubleshooting) را کوتاه کرده و سرعت کار ما را به شدت بالا می‌برند.» به طور کلی، جی‌ام اعلام کرده که این شبیه‌سازی‌های نرم‌افزاری میلیون‌ها دلار برای شرکت صرفه‌جویی به همراه داشته است.

جنرال موتورز به شدت به فاکتور سرعت نیاز دارد. اگرچه بازار خودروهای الکتریکی در ایالات متحده اخیراً کمی آرام شده، اما در مقیاس جهانی، این بازار سال گذشته رشد ۲۰ درصدی را تجربه کرده است. تهدید قیمت بالای نفت همراه با روند کاهشی هزینه تولید باتری‌ها نشان می‌دهد که گذار از سوخت‌های فسیلی در نهایت اتفاق خواهد افتاد. اگر LMR به موقع آماده شود، می‌تواند به جی‌ام کمک کند تا خودروهای الکتریکی با قیمت رقابتی و محدوده پیمایش مناسب تولید کند و نگرانی خریداران آمریکایی را برطرف سازد. اما این فناوری ابتدا باید با موفقیت از فیلتر BCDC عبور کند؛ گالوس انتظار دارد اولین دسته‌ از باتری‌های آزمایشی در اواخر سال جاری از خط تولید خارج شوند.

در دهه آینده، توسعه باتری برای خودروسازان به اندازه توسعه موتورهای درون‌سوز در قرن گذشته حیاتی خواهد بود. آینده الکتریکی جنرال موتورز به توانایی آن در هدایت شیمی‌های جدید از تحقیق و توسعه تا تولید انبوه بستگی دارد. کِلتی علاقه دارد بگوید که جی‌ام در حال توسعه «باتری مناسب برای کاربرد مناسب» است؛ جمله‌ای که یادآور شعار قدیمی و معروف این شرکت است: «یک ماشین برای هر بودجه و هر هدف.» فناوری LMR ممکن است اولین آزمون بزرگ مرکز BCDC باشد، اما قطعاً آخرینِ آن‌ها نخواهد بود.