Силициевите аноди са напът да спечелят надпреварата за захранване на електромобилите

Силициевите аноди изглежда са водещи в надпреварата за комерсиализиране на батерийни технологии от следващо поколение за електрическите превозни средства. Шумът около базираните на силиций аноди, които обещават подобрена мощност и по-бързи възможности за зареждане за електромобили, нараства през последните месеци – точно както шумът около твърдотелните батерии изглежда изчезна, предаде CNBC.

Това се случва, тъй като нарастващите продажби на електромобили  продължават да стимулират глобалното търсене на батерии, което подтиква автомобилните гиганти да се обединят с големите производители на клетки по пътя към пълна електрификация. Докато някои OEM производители (производители на оригинално оборудване) са подписали сделки с разработчици на твърдотелни батерии, производители на автомобили като Mercedes, Porsche и GM всички заложиха много на силициеви аноди, за да осигурят трансформираща промяна в науката зад електромобилите.

Неотдавнашен доклад от консултантската компания IDTechEx описва обещанието за усъвършенствани силициеви анодни материали като „огромни“ за подобряване на критичните области на производителността на батерията, отбелязвайки, че този потенциал не е останал незабелязан от производителите на автомобили и ключовите играчи в индустрията за батерии. Той обаче предупреди, че предизвикателства като жизнен цикъл, срок на годност и – може би най-важното – цена, трябва да бъдат разгледани за широко приемане. Венкат Шринивасан, директор на Колаборативния център за наука за съхранение на енергия в Националната лаборатория Аргон в Чикаго на правителството на САЩ, каза, че силиконовите аноди изглежда имат предимство пред твърдотелните батерии.

„Ако направим паралел с конни надбягвания, силицият изглежда е напред поне в този момент“, каза Сринивасан пред CNBC.

Шринивасан каза, че преди пет години силициево-анодните батерии са имали календарен живот от приблизително една година, но последните данни изглежда показват драматично подобрение в издръжливостта на тези материали, като някои тестове сега проектират календарен живот от три до четири години.

За разлика от жизнения цикъл на батерията, който отчита колко пъти тя може да бъде заредена и разредена, календарният живот измерва влошаването с течение на времето. Обикновено календарният живот на батерията се отнася до периода, в който тя може да функционира при над 80% от първоначалния си капацитет, независимо от нейната употреба.

Шринивасан добави, че твърдотелните батерии, до неотдавна смятани за „свещения граал“ на устойчивото шофиране, все още трябва да извървят дълъг път, преди да могат да достигнат скорошния напредък, постигнат от силициевите аноди.

„Този ​​преход все още трябва да се извърши в твърдо състояние с техните метални батерии и затова мисля, че чувате от хора, че изглежда, че това обещание не се е сбъднало“, каза Шринивасан.

„Това не означава, че няма да стигнем до там. Може да се случи след няколко години. Това просто означава, че изглежда, че днес силиконът е в различна част от нивото на технологична готовност.“

Силициеви аноди срещу твърдотелни батерии

Анализаторите казват, че силициевите аноди теоретично предлагат 10 пъти по-висока енергийна плътност от графита, който обикновено се използва в анодите на батериите днес. И все пак същите тези материали обикновено страдат от бързо разграждане, когато се използва много силиций.

„Силиконовите аноди и твърдотелните батерии са две нововъзникващи технологични тенденции на пазара на EV батерии, насочени към разширяване на границите на високопроизводителните батерийни клетки“, каза Рори Макналти, старши изследователски анализатор в Benchmark Mineral Intelligence.

Обикновено по-добрата производителност на батерията идва за сметка на дълголетие или безопасност, каза Макнулти. Известно е например, че силиконовите аноди се надуват значително по време на зареждане, което намалява дълготрайността на батерията.

За сравнение, McNulty каза, че твърдите батерии в твърдо състояние значително подобряват стабилността на електролита към високопроизводителни електродни материали, борейки се с предизвикателствата на използването на материали с висока енергийна плътност като силиций и литий.

Както подсказва името, твърдотелните батерии съдържат твърд електролит, направен от материали като керамика. Това ги прави различни от конвенционалните литиево-йонни батерии, които съдържат течен електролит.

Японските автомобилни производители Toyota и Nissan заявиха, че се стремят да въведат твърдотелни батерии в масово производство през следващите години, докато китайската SAIC Motor Corp съобщи в началото на септември, че нейната марка MG ще оборудва автомобили с твърдотелни батерии през следващите 12 години. месеца. Въпреки това анализаторите остават скептични относно това кога твърдотелните батерии наистина ще излязат на пазара. Стратегическа възможност? „Анодите на основата на силиций обещават да бъдат технологията от следващо поколение в областта на анодите, предоставяйки решение за по-бързо зареждане“, каза Георги Георгиев, анализатор на суровини за батерии в консултантската компания Fastmarkets. Георгиев каза, че няколко играчи в индустрията са проучили потенциала на силициевите аноди, от утвърдени доставчици на аноди в Китай и Южна Корея до нови играчи като ProLogium от Тайван и американските производители Group14 и Sila Nanotechnologies.

„Особено на Запад напредъкът в областта на силициевите аноди [се] разглежда като стратегическа възможност за настигане на Китай, който доминира веригите за доставка на базирани на графит аноди с китайски производители на аноди, които държат 98% от глобалния пазар на аноди за батерии“, каза Георгиев.

„Има обаче значителни технически предизвикателства, свързани със 100% силициев анод, като разширяването на силиций, което влияе върху дълголетието на батериите и в момента има няколко маршрута за производство на силициеви аноди“, добави той.

Тайванският производител на батерии ProLogium дебютира първата в света батерия с изцяло силициев анод на автомобилното изложение в Париж миналия месец, като заяви, че това е нова система за бързо зареждане на батерии, която не само надминава традиционните литиево-йонни батерии по производителност и ефективност на зареждане, но също така и „критични предизвикателства в индустрията“.

ProLogium, позовавайки се на данни от тестове, каза, че батерията със 100% силициев анод може да се зарежда от 5% до 60% само за 5 минути и да достигне 80% за 8,5 минути. Той описва напредъка като „несравнимо постижение на конкурентния пазар на електромобили“, което ще помогне за намаляване на времето за зареждане и разширяване на обхвата на електромобилите.

Георгиев от Fastmarkets каза, че голяма въпросителна относно комерсиализацията на силициевите аноди е производствената цена и дали някой от големите производители на силициеви аноди „може да произвежда материал в мащаб с постоянно качество и на конкурентна цена – [а] основни изисквания на производители на оригинално оборудване."

„На този етап силициевите аноди се използват повече като добавка към аноди на базата на графит и през следващите години очакваме да видим увеличаване на дела на силиций в анода, но в комбинация с графит, докато 100% силициевите аноди ще отнемат повече време, за да навлезе на масовия пазар“, добави той.