وترتفع مبيعات السيارات الكهربائية العالمية بشكل مطرد، وتمثل النماذج الكهربائية النقية بالفعل حوالي خمس مبيعات السيارات الجديدة. فهي هادئة ومريحة، وتتميز بتكاليف منخفضة للمركبات ولا تصدر أي انبعاثات من أنبوب العادم، مما يلبي المتطلبات الأساسية لمعظم المستهلكين للمركبات. ومع ذلك، لا تزال أسعار السيارات المرتفعة تعيق العديد من المشترين المحتملين. قامت العديد من شركات السيارات الغربية السائدة مؤخرًا بتخفيض أو تأجيل خطط التوسع في إنتاج السيارات الكهربائية. لا يزال عنق الزجاجة الحقيقي للتكلفة يشير إلى البطارية نفسها.
تمثل البطاريات حوالي 40% من إجمالي تكلفة السيارة الكهربائية، منها حوالي 70% تأتي من المواد الخام و30% المتبقية تأتي من عملية التصنيع. وهذا يجبر المهندسين على العمل على طريقين في نفس الوقت: فمن ناحية، يواصلون تحسين الأنظمة الكيميائية للبطاريات مثل فوسفات حديد الليثيوم والكوبالت الثلاثي (النيكل والمنغنيز والكوبالت)؛ ومن ناحية أخرى، فإنهم "يعملون" على عملية الإنتاج نفسها المتعلقة بكيفية تحويل المسحوق إلى أقطاب كهربائية. على الرغم من أن أبحاث وتطوير المواد حول المجمعات الحالية وكثافة الطاقة وما إلى ذلك مستمرة في التقدم، إلا أن العملية الأساسية لصنع الأقطاب الكهربائية في معظم مصانع البطاريات لا تختلف كثيرًا عما كانت عليه قبل عقود.
تتطلب عملية "الطلاء الرطب" السائدة حاليًا خلط مسحوق نشط ومذيبات سامة في ملاط، وتغليفها بالتساوي على رقائق معدنية، ثم إرسالها إلى فرن تجفيف يمكن أن يكون بطول ملعب كرة قدم للتجفيف المتكرر. قد يحتاج مصنع البطاريات الذي يبلغ إنتاجه السنوي حوالي 50 جيجاوات في الساعة من الخلايا (والتي يمكنها تلبية احتياجات حوالي مليون سيارة كهربائية) إلى حوالي 50 ميجاوات من إمدادات الطاقة المستمرة لعملية التجفيف وحدها. الطلب على الطاقة يمكن مقارنته بعشرات الآلاف من الأسر. إن مثل هذا الاستهلاك المرتفع للطاقة، والاستثمار الرأسمالي، والتكاليف البيئية سوف يتضخم بشكل خطي مع موجة بناء "المصانع الفائقة" العالمية، وسوف يصبح على نحو متزايد أمراً لا يطاق بالنسبة لشركات السيارات الأوروبية والأميركية التي تخلفت عن المنافسين الصينيين من حيث التكلفة لعدة سنوات.
وفي هذا السياق، ينتقل تصنيع "الإلكترود الجاف" من موضوع مختبري إلى تركيز المصنع. من الناحية النظرية، طالما تم التخلص من المذيب تمامًا في عملية الطلاء، يمكن تقليل تكاليف التشغيل واستهلاك الطاقة بشكل كبير، في حين يمكن تقليل أثر المصنع. ومع ذلك، في الإنتاج الفعلي، ظلت العملية الجافة لفترة طويلة عرضة لصعوبات فنية: بدون وسط سائل للمساعدة في تشتيت وربط الجسيمات، من الصعب تحقيق خلط موحد والتصاق ثابت للمسحوق. بمجرد تراكب الحرارة والاحتكاك في خط الإنتاج عالي السرعة، فمن السهل إتلاف المواد الحساسة، مما يسبب مشاكل مثل تشقق الأقطاب الكهربائية وسقوطها.
تحاول العديد من الشركات طرقًا مختلفة لحل هذه الاختناقات في العمليات، على أمل إزالة أفران التجفيف والمذيبات السامة من خط الإنتاج مع الحفاظ على الأداء الكهروكيميائي أو حتى تحسينه. اقترحت شركة Anaphite، التي يقع مقرها الرئيسي في بريستول بالمملكة المتحدة، ما يسمى بتكنولوجيا "سلائف الطلاء الجاف"، في محاولة لتحويل الشكل النهائي إلى مسحوق جاف قابل للطباعة مع مراعاة التشتت المتساوي. تتمثل الطريقة أولاً في استخدام مذيب منخفض السمية لتشتيت مادة الإلكترود بالكامل، ثم إزالة المذيب ميكانيكيًا قبل الطلاء، والحصول في النهاية على مسحوق يتدفق بحرية ويشكل فيلمًا.
يشبه هذا النوع من المسحوق إلى حد ما "الرمال الديناميكية" من حيث الشكل: فهو يتدفق بحرية كجزيئات، ولكن يمكن أن يشكل طبقة مستمرة ومرنة تحت الضغط. يتم تحويله إلى طبقة إلكترود ملساء تحت الضغط أثناء عملية التصنيع، ويتم ربطه بقوة بالرقائق المعدنية للمجمع الحالي، وبالتالي حل مشاكل الالتصاق والتكسير الشائعة في الطرق الجافة التقليدية. وفقًا للبيانات التي كشفت عنها شركة Anaphite، من خلال التخلص من فرن التجفيف لمسافات طويلة واستهلاك الطاقة العالي في مرحلة الطلاء، يمكن لنظامها تقليل استهلاك الطاقة المرتبطة بالطلاء بحوالي 85%. ومع تكوين أكثر بساطة للمعدات، من المتوقع أن تنخفض التكلفة الإجمالية لإنتاج الخلايا بنسبة تصل إلى حوالي 40%، ويمكن أيضًا تقليل مساحة أرضية المصنع بحوالي 15%، دون التضحية بمؤشرات الإنتاجية والأداء.
اتخذت شركة Sakuù، الواقعة في سان خوسيه، كاليفورنيا، طريقًا مختلفًا تمامًا خاليًا من المذيبات. تتخطى منصة التصنيع Kavian الخاصة بها مرحلة الملاط تمامًا وتستخدم الحرارة والضغط مباشرة "لتلبيد" المسحوق الجاف إلى الرقائق المعدنية، وهو ما يشبه إلى حد ما مزيج تزيين الكعكة "بلا فوضى" والطباعة بالليزر. تم تصميم هذه البنية لتكون "محايدة" لنظام كيمياء البطارية، ويمكن لخط الإنتاج طباعة فوسفات حديد الليثيوم، الثلاثي، وحتى مجموعة متنوعة من الصيغ الجديدة التي قد تظهر في المستقبل عن طريق تغيير "الخرطوشة" المادية دون إعادة تصميمها.
وفي المشروع التجريبي، قال ساكو إن حل الطباعة الجافة هذا يمكن أن يقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون أثناء عملية الإنتاج بحوالي 55%، ويقلل مساحة المصنع بحوالي 60%، ويقلل تكاليف المرافق بأكثر من النصف. الأمر المهم أيضًا هو أن أجهزتها تعتمد تصميمًا معياريًا ومدمجًا، ويمكن أن يكون حجم الوحدة صغيرًا بما يكفي ليناسب مساحة تشبه المرآب. ويمكن للشركات توسيع طاقتها الإنتاجية عن طريق إضافة وحدات أو طرحها، دون الحاجة إلى بناء مصنع مركزي عملاق في وقت واحد. ومن المتوقع أن تسمح هذه الفكرة المعيارية لشركات السيارات وموردي البطاريات بترتيب الطاقة الإنتاجية بشكل أكثر مرونة بالقرب من مصنع المركبات، أو توسيع الإنتاج تدريجيًا بزيادة أصغر وأكثر توزيعًا.
إذا كان من الممكن تنفيذ عمليات الأقطاب الكهربائية الجافة هذه على النطاق المتوقع، فسيتم تشديد العلاقة بين الأداء والقدرة على تحمل تكاليف السيارات الكهربائية، وهو ما يتجاوز بكثير ما يمكن أن يضاهيه الضبط الدقيق للعمليات التقليدية. ومن خلال تركيب مزايا المحرك الكهربائي نفسه على أساس كثافة طاقة أعلى وخلايا بطارية أقل تكلفة - عزم الدوران الفوري، والمقصورة الهادئة، وانخفاض تكلفة الاستخدام - سيكون سوق السيارات الكهربائية قادرًا على الاعتماد بشكل أكبر على منطق السعر والقيمة البسيط، بدلاً من الإعانات الحكومية أو حماس عدد قليل من المستخدمين الأوائل.