Кремниевые аноды: прорыв в батареях для электромобилей

Водители электромобилей и пользователи смартфонов с нетерпением ждут появления аккумуляторов с кремниевым анодом. Эта технология обещает значительно увеличить плотность энергии и сократить время зарядки.

Несколько компаний работают над кремниевыми анодами более десяти лет, и технология уже начала проникать в потребительскую электронику. Однако настоящий прорыв ожидается на рынке электромобилей, который, по данным аналитиков, на порядок превосходит сегмент электроники.

Для выхода на этот уровень стартапам необходимо наладить массовое производство материалов для кремниевых анодов. Компания Group14 объявила о запуске производства на своём заводе BAM-3 в Южной Корее. Мощности предприятия позволяют выпускать до 2000 тонн кремниевых материалов для батарей ежегодно. Этого объёма достаточно для создания систем хранения энергии общей ёмкостью 10 гигаватт-часов или примерно для 100 000 электромобилей с большим запасом хода.

Стартап сотрудничает с рядом компаний, включая подразделение Porsche Cellforce Group, StoreDot, Molicel и Sionic. Porsche также инвестировал в Group14 через свой венчурный фонд.

Большинство современных аккумуляторов используют углерод в качестве анодного материала. Он хорошо себя зарекомендовал, но учёным давно известно, что кремний, способный хранить в десять раз больше ионов лития, был бы лучше для накопления энергии. Проблема заключалась в решении сложных вопросов долговечности: чистые кремниевые аноды склонны к разбуханию и быстрому разрушению, что делает их непригодными для многократных циклов зарядки в течение нескольких лет.

Решение Group14 заключается в использовании жёсткой углеродной структуры, которая удерживает мельчайшие частицы кремния на месте, предотвращая разбухание или разрушение анода. Эта структура пронизана наноразмерными отверстиями, позволяющими ионам лития и электронам свободно проходить. Это также помогает аноду быстро заряжаться без деградации.

Некоторые клиенты Group14, такие как Sionic, используют кремниевые аноды для увеличения плотности энергии до 50%. Другие, например Molicel, сосредоточены на использовании способности кремния к быстрой зарядке, включая разработку аккумулятора, который можно зарядить с нуля до 100% всего за 90 секунд.

Такое применение кремниевых анодов может перевернуть рынок электромобилей. Китайский производитель BYD уже стремится создать подобные возможности: на прошлой неделе компания представила новый аккумуляторный блок, способный заряжаться с 10% до 70% за пять минут.

Если зарядные сети смогут поддерживать такие электромобили, проблема «боязни разряда» уйдёт в прошлое. В настоящее время автопроизводители стремятся обеспечить запас хода от 300 до 400 миль в основном для снижения беспокойства потребителей. Однако достижение этих показателей требует больших батарей, которые увеличивают габариты, вес и стоимость. Сверхбыстрая зарядка, способная обеспечить значительный запас хода за секунды, может позволить автопроизводителям уменьшить размеры аккумуляторных блоков, экономя средства и снижая вес.

С такой технологией концепции, которые сегодня кажутся фантастическими, например, индукционная зарядка на светофорах, становятся более реалистичными. В таком будущем водителям вообще не придётся думать о процессе зарядки.