מהפכה באחסון אנרגיה: כיצד הנדסת קתודות ליתיום-גופרית בשנת 2025 מעצבת את הדור הבא של סוללות ביצועים גבוהים. גלו את החידושים, עליית השוק, ומפת הדרך העתידית לטכנולוגיה המהפכנית הזו.

סיכום מנהלי: נוף השוק בשנת 2025 ומניעים מרכזיים
טכנולוגיית קתודות ליתיום-גופרית: יסודות וה breakthroughs האחרונים
ניתוח תחרותי: חברות מובילות ויוזמות מחקר (למשל, saftbatteries.com, sionpower.com, basf.com)
התקדמות בייצור: הגדלת הייצור של קתודות גופרית
מדדי ביצוע: צפיפות אנרגיה, חיי מחזור ושיפורי בטיחות
תחזית שוק 2025–2030: CAGR, נפח ותחזיות הכנסות
זרקור על יישומים: רכבים חשמליים, תעופה ואחסון רשת
אתגרים בשרשרת האספקה ובחומרי גלם
שיקולים רגולטוריים, סביבתיים ובר קיימא (למשל, batteryassociation.org)
מבט לעתיד: חומרים לקתודות מהדור הבא ולוח זמנים למסחור
מקורות והפניות

סיכום מנהלי: נוף השוק בשנת 2025 ומניעים מרכזיים

תחום הסוללות ליתיום-גופרית (Li-S) עומד בפני שינוי משמעותי בשנת 2025, מונע על ידי התקדמות בהנדסת קתודות וביקוש הולך וגדל לאחסון אנרגיה מהדור הבא. סוללות Li-S מציעות צפיפויות אנרגיה תיאורטיות של עד 500 Wh/kg—גבוהות בהרבה מהמערכות הקונבנציונליות של ליתיום-יון—מה שהופך אותן לאטרקטיביות עבור רכבים חשמליים (EVs), תעופה ואחסון רשת. האתגר העיקרי נותר פיתוח קתודות גופרית חזקות שיכולות להתגבר על בעיות כמו שינוע פוליסולפיד, מוליכות נמוכה והתרחבות נפח במהלך מחזור.

בשנת 2025, כמה מהמנהיגים והחדשנים בתעשייה מאיצים את המסחור של טכנולוגיית Li-S. OXIS Energy, חלוץ מבוסס בריטניה, שיחק תפקיד מרכזי בפיתוח פורמולות קתודות גופרית מתקדמות ומערכות אלקטרוליט קנייניות, אם כי החברה התמודדה עם קשיים פיננסיים בשנים האחרונות. הטכנולוגיה המורשת שלהם ממשיכה להשפיע על פרויקטים ושותפויות מתמשכות באירופה ואסיה. בינתיים, Sion Power בארצות הברית פעילה בהגדלת הפלטפורמה שלה Licerion-S, שמשלבת קתודות גופרית מהונדסות עם עיצובים בעלי טעינה גבוהה כדי להשיג מטרות חיי מחזור וצפיפות אנרגיה המתאימות ליישומים בתעופה וברכב.

באסיה, תאגיד הנפט הלאומי של סין (CNPC) וסניפיו משקיעים במחקר קתודות גופרית, תוך ניצול המומחיות שלהם בעיבוד חומרים ובייצור בקנה מידה גדול. מאמצים אלה נתמכים בשיתופי פעולה עם מוסדות אקדמיים ויוזמות נתמכות ממשלה שמטרתן להקים שרשרת אספקה מקומית עבור סוללות Li-S. בנוסף, סמסונג אלקטרוניקה חשפה מחקר מתמשך על חומרים לקתודות מבוססי גופרית, תוך התמקדות בשיפור יציבות מחזור ובטיחות עבור תחומי האלקטרוניקה הצרכנית והניידות.

מניעים מרכזיים לשוק בשנת 2025 כוללים את הדחף לצפיפות אנרגיה גבוהה יותר כדי להאריך את טווח ה- EV, לחץ רגולטורי להפחית את התלות במינרלים קריטיים כמו קובלט וניקל, ואת הצורך בסוללות בטוחות יותר וקלות יותר בתעופה. תקנות הסוללות של האיחוד האירופי והמימון של משרד האנרגיה האמריקאי לייצור סוללות מתקדמות מהווים זרז להשקעה בהנדסת קתודות Li-S. מפת הדרכים של התעשייה מצביעה על כך שבשנת 2027 סוללות Li-S עשויות להשיג כדאיות מסחרית בשווקים נישתיים, כאשר אימוץ רחב יותר תלוי בשיפורים נוספים בעמידות הקתודות ובצמצום העלויות.

לסיכום, שנת 2025 מסמנת שנה מכרעת עבור הנדסת קתודות סוללות ליתיום-גופרית, כאשר שחקנים מרכזיים ונכנסים חדשים מגבירים את מחקר ופיתוח וייצור בקנה מידה ניסי. התחזית עבור התחום אופטימית, נתמכת על ידי פריצות דרך טכנולוגיות, מסגרות מדיניות תומכות, ומסלול ברור לעבר מסחור ביישומים בעלי ערך גבוה.

טכנולוגיית קתודות ליתיום-גופרית: יסודות וה breakthroughs האחרונים

הנדסת קתודות ליתיום-גופרית (Li-S) הפכה לנקודת מיקוד באחסון אנרגיה מהדור הבא, מונעת על ידי ההבטחה של צפיפות אנרגיה תיאורטית גבוהה (עד 2,600 Wh/kg) והזמינות הרבה של גופרית. האתגר הבסיסי בעיצוב קתודות Li-S טמון במיתון אפקט השינוע של פוליסולפידים, שמוביל לדעיכה מהירה של הקיבולת וחיי מחזור גרועים. בשנים האחרונות חלו התקדמויות משמעותיות בחומרי קתודות, ארכיטקטורות ושיטות ייצור, כאשר שנת 2025 מסמנת תקופה של התקדמות מואצת לקראת מסחור.

פריצת דרך מרכזית הייתה הפיתוח של קומפוזיטים של פחמן-גופרית בננו-מבניים, שמכלאים פיזית פוליסולפידים ומגבירים את המוליכות החשמלית. חברות כמו Sion Power ו-OXIS Energy (לפני המנהל שלה בשנת 2021) היו חלוצות בפיתוח פורמולות קתודות קנייניות, תוך התמקדות בהכנסת גופרית בתוך מטריצות פחמן נקבוביות או מארחים פולימריים. גישות אלו אפשרו לתאים בקנה מידה מעבדתי להשיג חיי מחזור העולים על 500 מחזורים בקיבולות מתונות, שיפור משמעותי על פני דורות קודמים.

בשנת 2025, תשומת הלב הועברה לייצור בקנה מידה ולשילוב של דבקי ציפוי מתקדמים. לדוגמה, Sion Power דיווחה על התקדמות בייצור קתודות בשיטת רול-לטיול, המיועדת ליישומים בתעשיית הרכב ובתעופה. טכנולוגיית Licerion® שלהם מנצלת ממשקים של קתודות מהונדסות כדי לדכא את הגירת הפוליסולפידים, כאשר תאי אב מדגימים צפיפויות אנרגיה העולות על 400 Wh/kg. בינתיים, המוסד פאראדיי בבריטניה מתאם מחקר שיתופי, תומך בהעברת פריצות דרך אקדמיות לתהליכים רלוונטיים בתעשייה.

תחום חדשנות נוסף הוא השימוש באלקטרוליטים במצב מוצק ובשכבות פונקציונליות כדי לייצב עוד יותר את הקתודה. חברות כמו Solid Power חוקרות ארכיטקטורות היברידיות של Li-S במצב מוצק, במטרה לשלב את הבטיחות והעמידות של אלקטרוליטים מוצקים עם הקיבולת הגבוהה של קתודות גופרית. אב טיפוס ראשוניים הראו הבטחה, אך אתגרים נותרו בהשגת ניצול אחיד של גופרית ושמירה על יציבות הממשק לאורך מחזורי זמן ממושכים.

בהסתכלות קדימה לשנים הקרובות, התחזית להנדסת קתודות Li-S היא אופטימית. מפת הדרכים של התעשייה צופה קווי ייצור בקנה מידה ניסי וההפצות המסחריות הראשונות בשווקים נישתיים כמו רחפני גובה גבוה ותעופה חשמלית, שבהם חיסכון במשקל הוא קריטי. שיתוף פעולה מתמשך בין ספקי חומרים, יצרני תאים ומשתמשי קצה יהיה חיוני כדי להתמודד עם המכשולים הנותרים בחיי מחזור, ביכולת הייצור ובעלות. נכון לשנת 2025, התחום מוכן למעבר מהחדשנות במעבדה להשפעה בעולם האמיתי, כאשר חברות מובילות וקונסורציום מחקר דוחפים את קצב ההתקדמות.

ניתוח תחרותי: חברות מובילות ויוזמות מחקר (למשל, saftbatteries.com, sionpower.com, basf.com)

הנוף התחרותי להנדסת קתודות ליתיום-גופרית (Li-S) בשנת 2025 מאופיין באינטראקציה דינמית בין יצרני סוללות מבוססים, סטארטאפים חדשניים וספקי כימיקלים גדולים. המוקד הוא על התגברות על האתגרים הפנימיים של כימיה Li-S—כלומר, אפקט השינוע של פוליסולפידים, חיי מחזור מוגבלים ומוליכות נמוכה של קתודות גופרית—בעוד שמנצלים את ההבטחה של הטכנולוגיה לצפיפות אנרגיה גבוהה וצמצום התלות במינרלים קריטיים כמו קובלט וניקל.

בין השחקנים הבולטים, Saft, חברת בת של TotalEnergies, הייתה בחזית של התיעוש של טכנולוגיית Li-S. קווי המחקר והייצור בקנה מידה ניסי של Saft מכוונים ליישומים בתעופה וביטחוניים, תוך ניצול ארכיטקטורות קתודה קנייניות שמשלבות מטריצות פחמן מוליכות ודבקי ציפוי מתקדמים ליציבות גופרית ולדיכוי הגירת פוליסולפידים. שיתופי הפעולה האחרונים שלהם עם שותפים בתעופה מדגישים את הפוטנציאל המסחרי הקרוב של סוללות Li-S בתחומים שבהם משקל וצפיפות אנרגיה הם חיוניים.

חדשן מרכזי נוסף, Sion Power, מקדמת את טכנולוגיית Licerion®, שמשלבת קתודות גופרית מהונדסות עם אנודות ליתיום מתכת מוגנות. הגישה של Sion Power כוללת קומפוזיטים של קתודה בננו-מבניים ותוספי אלקטרוליט שנועדו להאריך את חיי המחזור ולשפר את הבטיחות. החברה הודיעה על שותפויות עם יצרני רכבים חשמליים ורחפנים, במטרה להשיג הפצה מסחרית במחצית השנייה של העשור. תאי האב של Sion Power הראו צפיפויות אנרגיה העולות על 500 Wh/kg, קפיצה משמעותית על פני סוללות ליתיום-יון קונבנציונליות.

מבחינת אספקת חומרים, BASF משקיעה בפיתוח גופרית טהורה גבוהה ותוספי מוליכים המותאמים לפורמולות קתודות Li-S. המומחיות של BASF בהנדסה כימית ובייצור בקנה מידה גדול צפויה לשחק תפקיד מרכזי בהגדלת ייצור סוללות Li-S, תוך הבטחת איכות עקבית ואספקה של חומרים קתודיים קריטיים. החברה משתפת פעולה גם עם יצרני תאים כדי לייעל את עיבוד התערובת של הקתודה וטכניקות ציפוי האלקטרודה.

בנוסף למובילים הללו, כמה סטארטאפים וקונסורציום מחקר באירופה ואסיה Pursuing designs קתודה חדשים, כמו חלקיקי גופרית מוכללים, קומפוזיטים היברידיים של פולימר-גופרית ואלקטרוליטים במצב מוצק כדי להקל על אפקט השינוע. יוזמת הסוללות 2030+ של האיחוד האירופי ותוכניות לאומיות שונות בסין וביפן מספקות מימון ותשתיות לקווי ניסוי ופרויקטי הדגמה, מאיצות את הדרך למסחור.

בהסתכלות קדימה, בשנים הקרובות צפויים לראות את ההפצות המסחריות הראשונות של סוללות Li-S בשווקים נישתיים, כאשר חידושי הנדסת הקתודות יובילו לשיפורים בחיי מחזור, בטיחות ויכולת ייצור. ככל שהחברות המובילות מחדדות את התהליכים שלהן ומגדילות את הייצור, טכנולוגיית Li-S צפויה להפוך לאלטרנטיבה תחרותית ליתיום-יון ביישומים שדורשים צפיפות אנרגיה אולטרה-גבוהה ובר קיימא.

התקדמות בייצור: הגדלת הייצור של קתודות גופרית

המעבר ממחקר סוללות ליתיום-גופרית (Li-S) בקנה מידה מעבדתי לייצור בקנה מידה מסחרי תלוי בהתקדמות משמעותית בייצור קתודות גופרית. נכון לשנת 2025, התעשייה חווה דחיפה מאורגנת להתגבר על האתגרים המובנים בהנדסת קתודות גופרית—כלומר, המוליכות החשמלית הנמוכה של גופרית, התרחבות נפח במהלך מחזור, ואפקט השינוע של פוליסולפידים. בעיות אלו הגבילו היסטורית את צפיפות האנרגיה המעשית וחיי המחזור של סוללות Li-S, אך חידושי ייצור אחרונים מתחילים להתמודד עם בעיות אלו בקנה מידה.

שחקנים מרכזיים בתחום הסוללות משקיעים בטכניקות ייצור קתודות בקנה מידה. לדוגמה, Sion Power, יצרן סוללות מתקדמות מבוסס ארצות הברית, פיתחה שיטות קנייניות לשילוב גופרית בקתודות קומפוזיטיות, תוך התמקדות בהפצת גופרית אחידה ומטריצות מוליכות חזקות. הגישה שלהם מנצלת תהליכי ציפוי רול-לטיול התואמים לקווי ייצור סוללות ליתיום-יון קיימים, דבר שהוא קריטי להגדלה חסכונית.

באירופה, OXIS Energy (כעת חלק מ-Johnson Matthey) הייתה חלוצה בעיבוד תערובות על בסיס מים עבור קתודות גופרית, מה שמפחית את ההשפעה הסביבתית ומשפר את בטיחות התהליך. אף על פי ש-OXIS Energy חדלה לפעול בשנת 2021, הקניין הרוחני שלה ונכסי הייצור בקנה מידה ניסי נרכשו ומפותחים עוד יותר על ידי Johnson Matthey, מנהיג עולמי בטכנולוגיות ברות קיימא. Johnson Matthey מקדמת כעת את התהליכים הללו, במטרה לספק קתודות גופרית עם טעינה גבוהה עם יציבות מחזור משופרת ויכולת ייצור.

יצרנים אסייתים גם עושים צעדים משמעותיים. תאגיד האנרגיה הלאומי של סין וContemporary Amperex Technology Co. Limited (CATL) משקיעים ככל הנראה בקווי ניסוי עבור סוללות Li-S, תוך התמקדות באופטימיזציה של פורמולציות תערובות קתודה וטכניקות קלנדרינג כדי להשיג תוכן גופרית גבוה (>70% במשקל) תוך שמירה על שלמות האלקטרודה. מאמצים אלו נתמכים על ידי אוטומציה ומערכות בקרת איכות מקוונות, אשר חיוניות לייצור עקבי בקנה מידה גדול.

בהסתכלות קדימה, בשנים הקרובות צפוי לראות אינטגרציה נוספת של חומרים מתקדמים—כגון רשתות ננו-צינוריות ופולימרים דבקיים—בתוך ייצור הקתודות. חומרים אלו משפרים את המוליכות החשמלית ומדכאים את הגירת הפוליסולפידים, מה שמאפשר קיבולות שטח גבוהות יותר וחיי מחזור ארוכים יותר. שיתופי פעולה בתעשייה, כמו אלו שמקודמים על ידי Batteries Europe, מאיצים את העברת החידושים הללו מהמחקר ליישום תעשייתי.

באופן כללי, התחזית להגדלת ייצור קתודות גופרית הולכת ומשתפרת. עם יצרנים מרכזיים המחדדים תהליכים ידידותיים לסביבה ומשלבים חומרים מתקדמים, סוללות Li-S צפויות להתקרב לכדאיות מסחרית במחצית השנייה של שנות ה-2020, במיוחד עבור יישומים הדורשים אנרגיה ספציפית גבוהה ועלויות חומרי גלם נמוכות יותר.

מדדי ביצוע: צפיפות אנרגיה, חיי מחזור ושיפורי בטיחות

הנדסת קתודות ליתיום-גופרית (Li-S) חוותה התקדמויות משמעותיות בשנים האחרונות, עם דגש חזק על שיפור מדדי ביצוע מרכזיים כמו צפיפות אנרגיה, חיי מחזור ובטיחות. נכון לשנת 2025, התעשייה חווה מעבר מפריצות דרך בקנה מידה מעבדתי למסחור בשלב מוקדם, מונעת הן על ידי יצרני סוללות מבוססים והן על ידי סטארטאפים חדשניים.

צפיפות אנרגיה נותרת יתרון מרכזי של טכנולוגיית Li-S, עם ערכים תיאורטיים המתקרבים ל-2,600 Wh/kg—גבוהים בהרבה מסוללות ליתיום-יון קונבנציונליות. למעשה, אב טיפוס אחרונים ותאים לפני מסחר הראו צפיפויות אנרגיה גרבימטריות בטווח של 400–500 Wh/kg, כאשר כמה חברות מדווחות על ערכים גבוהים אף יותר בהגדרות מבוקרות. לדוגמה, Sion Power הודיעה על תאי Li-S המיועדים ליותר מ-500 Wh/kg, במטרה לענות על הצרכים של תעופה חשמלית ורכבים חשמליים עם טווח ארוך. באופן דומה, OXIS Energy (לפני המנהל שלה בשנת 2021 והעברת הטכנולוגיה שלאחר מכן) פיתחה תאי פוּצ' עם צפיפויות אנרגיה העולות על 400 Wh/kg, קובעת רף עבור התחום.

חיי מחזור, היסטורית אתגר עבור סוללות Li-S בשל אפקטי השינוע של פוליסולפידים ודעיכת הקתודה, חוו שיפורים בולטים באמצעות הנדסת קתודות מתקדמת. טכניקות כגון הכנסת גופרית במטריצות פחמן נקבוביות, שימוש בפולימרים מוליכים ושילוב אלקטרוליטים במצב מוצק האריכו את חיי המחזור ליותר מ-500 מחזורים בקיבולות גבוהות בהדגמות האחרונות. LioNano וSion Power הן בין החברות המדווחות על התקדמות משמעותית במיתון דעיכת הקיבולת, עם מאמצים מתמשכים להגיע לסף של 1,000 מחזורים הנדרש ליישומים רכביים ותחנתיים עיקריים.

בטיחות היא מדד קריטי נוסף, במיוחד ככל שסוללות Li-S מתקרבות למסחור. היעדר שחרור חמצן במהלך בריחה תרמית והשימוש באלקטרוליטים שאינם דליקים בעיצובים מסוימים תורמים לשיפור פרופילי הבטיחות בהשוואה לכימיות ליתיום-יון מסורתיות. חברות כמו Sion Power וLioNano מפתחות פעיל מערכות קתודה ואלקטרוליט שממזערות את היווצרות הדנדריטים והסיכונים התרמיים, כאשר מספר אב טיפוס עוברי בדיקות בטיחות קפדניות בשנת 2025.

בהסתכלות קדימה, בשנים הקרובות צפויים להביא שיפורים נוספים בכל שלושת מדדי הביצוע ככל שהנדסת הקתודות מתבגרת. שיתופי פעולה בתעשייה, ייצור בקנה מידה ניסי ואינטגרציה לשווקים נישתיים כמו תעופה ורכבים מיוחדים צפויים, עם פוטנציאל לאימוץ רחב יותר ככל שחיי המחזור והבטיחות ממשיכים להשתפר. המאמצים המתמשכים של חברות כמו Sion Power וLioNano יהיו מכריעים בעיצוב הנוף המסחרי של סוללות Li-S עד 2025 ואילך.

תחזית שוק 2025–2030: CAGR, נפח ותחזיות הכנסות

השוק להנדסת קתודות סוללות ליתיום-גופרית (Li-S) צפוי לצמוח משמעותית בין השנים 2025 ל-2030, מונע על ידי הביקוש הדחוף לפתרונות אחסון אנרגיה מהדור הבא ברכבים חשמליים (EVs), תעופה ויישומים בקנה מידה של רשת. סוללות Li-S מציעות צפיפות אנרגיה תיאורטית גבוהה פי חמישה מסוללות ליתיום-יון קונבנציונליות, וחידושים אחרונים בהנדסת קתודות פועלים על מנת להתמודד עם אתגרים מרכזיים כגון שינוע פוליסולפידים וחיי מחזור מוגבלים.

נכון לשנת 2025, השוק הגלובלי של סוללות Li-S צפוי לעבור ממחקר בקנה מידה ניסי להנחות מסחריות מוקדמות, כאשר כמה מהמנהיגים בתעשייה וסטארטאפים מגדילים את הייצור. חברות כמו Sion Power ו-OXIS Energy (בהערה על פשיטת הרגל האחרונה של OXIS אך רישוי טכנולוגי מתמשך) היו בחזית החדשנות בחומרי קתודות, תוך התמקדות בקומפוזיטים של גופרית-פחמן ובפורמולות אלקטרוליט מתקדמות. Sion Power הדגימה תאי Li-S עם צפיפויות אנרגיה העולות על 400 Wh/kg, מכוונת לתחומים של תעופה ותחבורה כבדה.

תחזיות הנפח עבור קתודות סוללות Li-S צפויות לעלות באופן חד ככל שיצרני הרכב וחברות תעופה יחפשו סוללות קלות יותר ובעלות קיבולת גבוהה יותר. עד 2030, ייצור שנתי גלובלי של סוללות Li-S עשוי להגיע למספר גיגוואט-שעות (GWh), כאשר דרישת חומרי הקתודה תגדל בהתאם. Sion Power וLioNano הן בין החברות המשקיעות בקווי ניסוי ובמתקנים חצי-מסחריים כדי לעמוד בדרישה הצפויה הזו.

תחזיות הכנסות לשוק הסוללות Li-S משתנות, אך הקונצנזוס בתעשייה מצביע על שיעור צמיחה שנתי מצטבר (CAGR) של 25–30% בין השנים 2025 ל-2030, שיעקוף את המקטעים המסורתיים של ליתיום-יון. צמיחה זו נתמכת בשותפויות מתמשכות בין מפתחי סוללות למשתמשי קצה בתעשיות הרכב והאווירונאוטיקה. לדוגמה, Sion Power הודיעה על שיתופי פעולה עם OEMs גדולים כדי לשלב את טכנולוגיית Li-S ברכבים מהדור הבא.

בהסתכלות קדימה, התחזית עבור הנדסת קתודות Li-S נותרת חזקה, תלויה בשיפורים מתמשכים בחיי מחזור, בטיחות ויכולת ייצור. צפוי כי שחקני התעשייה יאיצו את מחקר ופיתוח ואת פעולות ההגדלה, כאשר מימון ממשלתי ובריתות אסטרטגיות ישחקו תפקיד מכריע. ככל שהטכנולוגיה מתבגרת, סוללות Li-S ממוקמות לתפוס נתח הולך וגדל משוק הסוללות המתקדמות, במיוחד ביישומים שבהם משקל וצפיפות אנרגיה הם קריטיים.

זרקור על יישומים: רכבים חשמליים, תעופה ואחסון רשת

הנדסת קתודות ליתיום-גופרית (Li-S) מתקדמת במהירות, עם השלכות משמעותיות עבור רכבים חשמליים (EVs), תעופה ויישומי אחסון רשת בשנת 2025 ובשנים הבאות. ההבטחה של טכנולוגיית Li-S טמונה בצפיפות האנרגיה התיאורטית הגבוהה שלה—עד 500 Wh/kg, הרבה מעבר לסוללות ליתיום-יון קונבנציונליות. זה הופך את Li-S לאטרקטיבית במיוחד עבור תחומים שבהם משקל וצפיפות אנרגיה הם קריטיים.

בתחום רכבים החשמליים, מספר חברות מפתחות פעיל סוללות Li-S כדי להתמודד עם מגבלות טווח ומשקל. OXIS Energy, חלוץ מבוסס בריטניה, התמקדה באופטימיזציה של קתודות גופרית, והשיגה צפיפויות אנרגיה מעל 400 Wh/kg בתאי אב. אף על פי ש-OXIS Energy נכנסה למנהל בשנת 2021, הקניין הרוחני והטכנולוגיה שלה נרכשו ומפותחים על ידי שחקנים אחרים בתעשייה, עם דגש על מסחור Li-S עבור EVs עד אמצע העשור. Sion Power, מבוססת בארצות הברית, גם מקדמת את הנדסת קתודות Li-S, מכוונת לשוק הרכב עם טכנולוגיית Licerion שלה, שמטרתה להשיג חיי מחזור גבוהים ובטיחות.

יישומי תעופה הם גם מוקד מפתח, שכן החיסכון במשקל מסוללות Li-S יכול להאריך באופן משמעותי את זמני הטיסה עבור מטוסים חשמליים ורחפנים. Sion Power וLiONANO עובדים על חומרים קתודיים ועיצובים של תאים המותאמים למשימות בגובה גבוה ובמשך ארוך. בשנת 2025, פרויקטי הדגמה מתבצעים עם שותפים בתעופה כדי לאמת את ביצועי Li-S בתנאים קשים, במטרה להשיג הפצה מסחרית בשנים הקרובות.

באחסון רשת, הקנה מידה והעלות-תועלת של גופרית כחומר קתודה הם יתרונות מרכזיים. Enerpoly וSion Power חוקרות תאי Li-S בגדלים גדולים לאחסון קבוע, במטרה לספק אחסון ארוך טווח בעלות נמוכה יותר לכל kWh מאשר ליתיום-יון. מאמצים אלו נתמכים בשיתופי פעולה עם חברות חשמל וגורמים ממשלתיים, כאשר התקנות ניסי צפויות להתרחב בשנת 2025 ואילך.

למרות ההתקדמות הללו, אתגרים נותרו בהנדסת הקתודות, במיוחד במיתון אפקט השינוע של פוליסולפידים ושיפור חיי המחזור. חברות משקיעות בארכיטקטורות קתודה חדשות, כמו חלקיקי גופרית מוכללים ומטריצות פחמן מוליכות, כדי להתמודד עם בעיות אלו. התחזית להנדסת קתודות סוללות Li-S היא אופטימית, כאשר מנהיגי התעשייה צופים כי האימוץ בקנה מידה מסחרי ב-EVs, תעופה ואחסון רשת עשוי להתחיל כבר בשנת 2026, תלוי בהתקדמות מתמשכת ביציבות החומר וביכולת הייצור.

אתגרים בשרשרת האספקה ובחומרי גלם

השרשרת האספקה והנוף של חומרי הגלם להנדסת קתודות ליתיום-גופרית (Li-S) מתפתחים במהירות ככל שהטכנולוגיה מתקרבת לכדאיות מסחרית בשנת 2025 ואילך. בניגוד לסוללות ליתיום-יון קונבנציונליות, סוללות Li-S מנצלות גופרית כחומר קתודה ראשי, שהיא גם בשפע וגם בעלת עלות נמוכה בהשוואה לקובלט וניקל. עם זאת, המעבר לייצור Li-S בקנה מידה גדול מציג אתגרים חדשים במציאת, עיבוד ואינטגרציה של גופרית וחומרים פחמניים מתקדמים, כמו גם הבטחת הטוהר והעקביות הנדרשים עבור קתודות ביצועים גבוהים.

גופרית, אם כי בשפע כתוצר לוואי של זיקוק נפט ועיבוד גז טבעי, חייבת לעמוד בסטנדרטים מחמירים של טוהר עבור יישומי סוללות. האספקה הגלובלית של גופרית נשלטת על ידי חברות כימיה ואנרגיה גדולות, כאשר Shell וExxonMobil הן בין היצרנים הגדולים ביותר. חברות אלו חוקרות יותר ויותר שותפויות עם יצרני סוללות כדי לספק גופרית טהורה גבוהה המותאמת ליישומי אחסון אנרגיה. במקביל, פיתוח מארחים פחמניים מתקדמים—כגון גרפן וצינורות פחמן—נשאר גורם קריטי לביצועי הקתודה, כאשר חברות כמו Cabot Corporation וOrion Engineered Carbons מרחיבות את הצעות הפחמן המיוחד שלהן כדי לעמוד בדרישות תחום הסוללות.

אתגר מרכזי בשרשרת האספקה הוא אינטגרציה של גופרית וחומרים פחמניים לתוך קומפוזיטים קתודיים בקנה מידה גבוה וביצועים גבוהים. זה דורש לא רק מקורות חומרי גלם אמינים אלא גם יכולות עיבוד מתקדמות. חברות כמו OXIS Energy (כעת חלק מ-Johnson Matthey) וSion Power השקיעו בתהליכי הנדסת קתודות קנייניים כדי לייעל את ניצול הגופרית וחיי המחזור, אם כי התחום ממשיך להתמודד עם מכשולים בהשגת תשואות ייצור עקביות בקנה מידה גדול.

גורמים גיאופוליטיים ורגולציות סביבתיות גם מעצבים את שרשרת האספקה של Li-S. מכיוון שגופרית לעיתים קרובות מופקת מפעולות נפט וגז, תנודות בשווקי הדלקים הפוסיליים ותקני פליטות מחמירים יותר עשויים להשפיע על הזמינות והמחירים. על כן, יצרני הסוללות מחפשים לגוון את האספקה, כולל חקירת התאוששות גופרית ממקורות חלופיים כמו כרייה וניהול פסולת.

בהסתכלות קדימה לשנים הקרובות, התחזית עבור שרשרות האספקה של קתודות Li-S היא אופטימית בזהירות. שיתופי פעולה בתעשייה מתגברים, כאשר חברות כימיה וסוללות גדולות יוצרות בריתות כדי להבטיח חומרי גלם ולפתח פרוטוקולי עיבוד סטנדרטיים. כאשר ייצור סוללות Li-S בקנה מידה ניסי מתגבר בשנת 2025, היכולת של התחום להתמודד עם טוהר חומרי הגלם, יציבות האספקה, ומקורות ברי קיימא תהיה מכרעת בקביעת קצב האימוץ המסחרי.

שיקולים רגולטוריים, סביבתיים ובר קיימא (למשל, batteryassociation.org)

הנוף הרגולטורי, הסביבתי והבר קיימא להנדסת קתודות ליתיום-גופרית (Li-S) מתפתח במהירות ככל שהטכנולוגיה מתקרבת לכדאיות מסחרית בשנת 2025 ואילך. גופים רגולטוריים ואיגודי תעשייה מתמקדים יותר ויותר בהבטחת שהדור הבא של סוללות, כולל Li-S, יעמוד ביעדים הגלובליים של קיימות ובפרקטיקות אספקה אחראיות.

אחד מהמניעים הרגולטוריים המרכזיים הוא תקנות הסוללות של האיחוד האירופי, שהחלו לפעול בשנת 2023 ויתממשו לחלוטין במהלך השנים הקרובות. תקנות אלו מחייבות דרישות מחמירות לגילוי טביעת רגל פחמנית, תוכן ממוחזר ואספקה אחראית של חומרי גלם עבור כל הסוללות המוצבות בשוק האיחוד האירופי. עבור סוללות Li-S, משמעות הדבר היא שמחומרי הקתודה—בעיקר גופרית וליתיום—יש להיבחר ולעובד בהתאם לסטנדרטים אלו. התקנות קובעות גם יעדים שאפתניים לאיסוף ומחזור בסוף חיי הסוללה, אשר ישפיעו ישירות על העיצוב וההנדסה של קתודות Li-S כדי להקל על יכולת המחזור ולמזער את ההשפעה הסביבתית (איגוד הסוללות).

מבחינה סביבתית, סוללות Li-S מציעות מספר יתרונות על פני כימיות ליתיום-יון קונבנציונליות. גופרית היא בשפע, זולה ואינה רעילה, מה שמפחית את התלות במינרלים קריטיים כמו קובלט וניקל, הקשורים לדאגות סביבתיות וחברתיות משמעותיות. חברות כמו OXIS Energy (כעת חלק מ-Johnson Matthey) וSion Power הדגישו את הפוטנציאל של קתודות Li-S להוריד את טביעת הרגל הפחמנית הכוללת של ייצור סוללות. עם זאת, השימוש באנודות ליתיום מתכת בעיצובים רבים של Li-S עדיין מעלה שאלות לגבי אספקת הליתיום והשפעת הסביבה של ההפקה, במיוחד ככל שהביקוש גדל.

שיקולי קיימות גם מניעים חדשנות בהנדסת קתודות. יצרנים חוקרים את השימוש בגופרית ממוחזרת מתוצרי לוואי תעשייתיים ומערכות מחזור סגורות עבור רכיבי ליתיום וגופרית. קבוצות תעשייה כמו איגוד הסוללות פועלות עם בעלי עניין לפתח פרקטיקות טובות ומערכות הסמכה לחומרים ברי קיימא, אשר צפויים להיות חשובים יותר ויותר ככל שסוללות Li-S נכנסות לייצור המוני.

בהסתכלות קדימה, המסגרות הרגולטוריות צפויות להיות מחמירות יותר, עם פיקוח מוגבר על שקיפות שרשרת האספקה והשפעות מחזור חיי. חברות המשקיעות בטכנולוגיית סוללות Li-S יצטרכו להעדיף עיצוב אקולוגי, יכולת מחזור ואספקה אחראית כדי לעמוד בדרישות הרגולטוריות ובציפיות הצרכניות הגוברות לפתרונות אחסון אנרגיה ברי קיימא. השנים הקרובות יהיו קריטיות בהקניית סטנדרטים בתעשייה והבטחת שהנדסת קתודות Li-S תורמת לחיוביות למעבר הגלובלי לאנרגיה נקייה.

מבט לעתיד: חומרים לקתודות מהדור הבא ולוח זמנים למסחור

התחזית להנדסת קתודות ליתיום-גופרית (Li-S) בשנת 2025 ובשנים הבאות מאופיינת בהתקדמויות מהירות במדעי החומרים ודחיפה גוברת לעבר מסחור. סוללות Li-S מוכרות היטב בזכות צפיפות האנרגיה התיאורטית הגבוהה שלהן—עד 2,600 Wh/kg, שעולה באופן משמעותי על פני סוללות ליתיום-יון קונבנציונליות. עם זאת, הדרך לשוק נתקלה באתגרים כמו אפקט השינוע של פוליסולפידים, חיי מחזור מוגבלים ודעיכת הקתודה. בשנים האחרונות חלה עלייה במחקר ובייצור בקנה מידה ניסי שנועדו להתגבר על מכשולים אלו.

בשנת 2025, מספר חברות צפויות לעבור מפריצות דרך בקנה מידה מעבדתי להנחות מסחריות מוקדמות. OXIS Energy, חלוץ מבוסס בריטניה בטכנולוגיית Li-S, פיתחה קתודות גופרית מתקדמות עם פורמולות אלקטרוליט קנייניות כדי לדכא את הגירת הפוליסולפידים. אף על פי ש-OXIS Energy נכנסה למנהל בשנת 2021, הקניין הרוחני שלה ונכסיה נרכשו ומנוצלים על ידי שחקנים אחרים בתעשייה, מה שמעיד על המשך המומנטום בתחום.

שחקן מרכזי נוסף, Sion Power, מפתחת באופן פעיל סוללות Li-S ליישומים של רכבים חשמליים (EV) ותעופה. הפלטפורמה Licerion-S של Sion Power מתמקדת בארכיטקטורות קתודה מהונדסות ובציפויים מגנים כדי לשפר את חיי המחזור וצפיפות האנרגיה. החברה הודיעה על תוכניות להגדיל את הייצור ולמקד שותפויות מסחריות בטווח השנים 2025–2027, כאשר אב טיפוס כבר עוברי בדיקות שטח.

באסיה, תאגיד הנפט הלאומי של סין (CNPC) וסניפיו משקיעים במחקר קתודות גופרית, תוך ניצול המומחיות שלהם בכימיה של גופרית ובייצור בקנה מידה גדול. מאמצים אלו נתמכים בשיתופי פעולה עם מוסדות אקדמיים ויצרני סוללות כדי להאיץ את המעבר מקווי ניסוי לייצור המוני.

בשנים הקרובות צפויים לראות את השקת סוללות Li-S בשווקים נישתיים כמו רחפני גובה גבוה, תעופה ורכבים מיוחדים, שבהם חיסכון במשקל וצפיפות אנרגיה גבוהה הם קריטיים. ככל שהנדסת הקתודות מתבגרת—משלבת מארחים פחמניים בננו-מבניים, אלקטרוליטים במצב מוצק ודבקי ציפוי מתקדמים—צפויים שיפורים בחיי מחזור ובטיחות, מה שהופך את סוללות Li-S ליותר ויותר רלוונטיות עבור EVs עיקריים ואחסון רשת עד סוף שנות ה-2020.

באופן כללי, לוח הזמנים למסחור של חומרים לקתודות מהדור הבא של Li-S מתגבר, כאשר שנת 2025 מסמנת שנה מכרעת עבור הפצות ניסי ושותפויות אסטרטגיות. השקעה מתמשכת מחברות אנרגיה וחומרים מבוססות, בשילוב עם התקדמות בעיצוב הקתודות, צפויה להניע את התחום לעבר אימוץ רחב יותר ותחרותיות בעלויות במהלך העשור.