آیا مواد جدیدی مانند محصولات جانبی گرافن و گرافیت مصنوعی، تاج و تخت کک نفتی گرافیتی شده را به چالش خواهند کشید؟

بعید است که در کوتاه‌مدت «تاج و تخت» کک نفتی گرافیتی‌شده توسط محصولات جانبی گرافن یا گرافیت مصنوعی سرنگون شود، اما ممکن است در درازمدت با چالش‌هایی ناشی از تکرار فناوری و بازسازی زنجیره صنعتی مواجه شود. تجزیه و تحلیل زیر از سه بعد انجام شده است: خواص مواد، سناریوهای کاربردی و پویایی زنجیره صنعتی.

I. جایگاه اصلی کک نفتی گرافیتی: موانع دوگانه هزینه و فرآیند

ویژگی‌های مواد اولیه غیرقابل جایگزین

کک نفتی گرافیتی ماده اولیه اصلی برای مواد آند باتری لیتیوم-یون است و مزایایی از جمله موارد زیر دارد:

• بهره‌وری هزینه: تولید ۱ تن گرافیت مصنوعی به ۱.۲ تا ۱.۵ تن کک نفتی نیاز دارد. بر اساس قیمت کک نفتی کم گوگرد ۶۰۰۰ یوان در هر تن در سال ۲۰۲۵، هزینه‌های مواد اولیه ۳۶ تا ۴۵ درصد از کل هزینه تولید گرافیت مصنوعی (تقریباً ۲۵۰۰۰ یوان در هر تن) را تشکیل می‌دهد. تغییر به مواد جایگزین، هزینه‌ها را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد.
• بلوغ فرآیند: پس از عملیات گرافیتی شدن در دمای ۲۵۰۰ تا ۳۰۰۰ درجه سانتیگراد، کک نفتی یک ساختار کریستالی گرافیت منظم تشکیل می‌دهد که رسانایی الکتریکی و پایداری حرارتی عالی را فراهم می‌کند - که کلید عملکرد فعلی گرافیت مصنوعی است.

محدودیت‌های سختگیرانه زنجیره تأمین

• محدودیت‌های تولید: در سال ۲۰۲۵، کل تولید کک نفتی چین تقریباً ۲۹ میلیون تن است که کک کم گوگرد (محتوای گوگرد <۳٪) حدود ۳۰٪ (تقریباً ۸.۷ میلیون تن) را تشکیل می‌دهد. این میزان باید تقاضای آندهای پیش‌پخت‌شده آلومینیومی، الکترودهای گرافیتی فولادی و مواد آند را برآورده کند و انعطاف‌پذیری محدودی در عرضه باقی می‌گذارد.
• کنترل صادرات: در سال ۲۰۲۵، چین محدودیت‌های صادراتی بر مواد آند گرافیت مصنوعی و تجهیزات مرتبط اعمال کرد و تولیدکنندگان باتری در خارج از کشور را بر آن داشت تا توسعه زنجیره تأمین محلی را تسریع کنند و تقاضا برای کک نفتی کم گوگرد را بیشتر افزایش دهند.

دوم. چالش‌ها: محدودیت‌های محصولات جانبی گرافن و گرافیت طبیعی

محصولات جانبی گرافن: عدم بلوغ فناوری و موانع هزینه‌ای

• تولید محدود: محصولات جانبی حاصل از سنتز گرافن (به عنوان مثال، نانوروبان‌های گرافن، نقاط کوانتومی) در آزمایشگاه یا کاربردهای کوچک باقی می‌مانند و قادر به دستیابی به جایگزینی در مقیاس بزرگ برای کک نفتی نیستند.
• معایب هزینه: به عنوان مثال، فناوری تولید هیدروژن «فلش» دانشگاه رایس مستلزم فروش محصولات جانبی گرافن با ۵٪ قیمت بازار برای جبران هزینه‌های تولید هیدروژن است که نشان دهنده توجیه اقتصادی ناکافی برای کاربردهای صنعتی است.

گرافیت طبیعی: ایجاد تعادل بین عملکرد و هزینه

• کاستی‌های عملکرد: اگرچه گرافیت طبیعی 30٪ کمتر از گرافیت مصنوعی هزینه دارد، اما ساختار کریستالی توسعه‌یافته آن باعث ناهمسانگردی می‌شود که منجر به طول عمر چرخه‌ای و قابلیت سرعت پایین‌تر در مقایسه با گرافیت مصنوعی می‌شود. به عنوان مثال، گرافیت طبیعی معمولاً کمتر از 1500 چرخه را طی می‌کند، در حالی که گرافیت مصنوعی بیش از 2000 چرخه را طی می‌کند.
• پیشرفت‌های تکنولوژیکی: اصلاحات پوشش سطحی (مثلاً لایه‌های نانو کاربید سیلیکون) می‌تواند عمر چرخه‌ای گرافیت طبیعی را بیش از ۲۰۰۰ چرخه افزایش دهد، اما پردازش اضافی هزینه‌ها را افزایش می‌دهد و مزیت قیمت آن را از بین می‌برد.

III. متغیرهای بلندمدت: تکرار فناوری و تجدید ساختار زنجیره صنعتی

تأثیر فناوری‌های نسل بعدی آند

• آندهای مبتنی بر سیلیکون: با ظرفیت نظری ۴۲۰۰ میلی‌آمپر ساعت بر گرم (۱۰ برابر گرافیت)، آندهای مبتنی بر سیلیکون می‌توانند فشار هزینه کک نفتی را جبران کنند. سهم بازار آنها در سال ۲۰۲۵ از ۵٪ به ۱۵٪ افزایش یافت، اما افزایش حجم (بیش از ۳۰۰٪) در طول چرخه همچنان یک چالش اساسی برای کاهش طول عمر چرخه است.
• مواد کربنی سخت: کربن سخت مشتق‌شده از زیست‌توده (مبتنی بر پوسته نارگیل) ساخت شرکت GAC Aion برای باتری‌های سدیم-یون مناسب است، زیرا هزینه مواد اولیه آن یک سوم کک نفتی است. با این حال، چگالی انرژی پایین‌تر آن (حدود ۳۰۰ میلی‌آمپر ساعت بر گرم در مقابل ۳۷۲ میلی‌آمپر ساعت بر گرم گرافیت) پتانسیل جایگزینی کوتاه‌مدت را محدود می‌کند.

ادغام عمودی و رقابت منابع در زنجیره صنعتی

• قفل شدن در صنایع بالادستی: تولیدکنندگان پیشرو آند داخلی با خرید سهام در پالایشگاه‌ها یا منابع زغال سنگ، تامین کک کم گوگرد را تضمین می‌کنند. به عنوان مثال، CATL با اتخاذ فرآیندهای گرافیتی‌سازی مداوم برای کوتاه کردن چرخه‌های تولید، وابستگی به کک نفتی را کاهش داد.
• اتحادهای بین‌المللی: غول‌های باتری‌سازی خارجی (مثلاً سامسونگ SDI، ال‌جی انرژی سولوشنز) با شرکت‌های پتروشیمی چینی مشارکت‌های استراتژیک تشکیل دادند و در ازای دسترسی به منابع، سرمایه‌گذاری‌هایی را برای تأمین منابع برای دهه آینده انجام دادند.

نتیجه‌گیری: ثبات کوتاه‌مدت، هوشیاری بلندمدت در برابر جایگزینی

تسلط کک نفتی گرافیتی در کوتاه‌مدت، به دلیل مزایای هزینه، بلوغ فرآیند و استحکام زنجیره تأمین، همچنان پابرجاست. با این حال، در درازمدت، تجاری‌سازی فناوری‌های نسل بعدی مانند آندهای مبتنی بر سیلیکون و کربن سخت، همراه با رقابت منابع از ادغام عمودی، ممکن است به تدریج انحصار آن را از بین ببرد. ذینفعان صنعت باید موارد زیر را در اولویت قرار دهند:

• تکرار فناوری: تسریع بهبود عملکرد و کاهش هزینه برای آندهای مبتنی بر سیلیکون، کربن سخت و سایر جایگزین‌ها.
• استراتژی منابع: ایمن‌سازی زنجیره‌های تأمین از طریق مشارکت در پالایشگاه‌ها یا مواد اولیه جایگزین (مثلاً کک زیست‌توده).
• تطبیق سیاست: هدایت بازسازی زنجیره تأمین جهانی تحت کنترل‌های صادراتی فزاینده با گسترش ظرفیت تولید محلی در خارج از کشور.