"Полностью заменят литий-ионные": как новые кремниевые батареи улучшат различные устройства

Американская компания Sionic Energy 10 декабря анонсировала аккумулятор с полностью кремниевым анодом, который может улучшить работу электромобилей. Об этом сообщает сайт IEEE Spectrum.

Кремний переносит в пять раз больше энергии, чем графит, но пока Tesla и некоторые другие электромобили имеют батареи с электродами, которые лишь на 5-10% сделаны из этого материала. Аккумулятор имеет удельную энергию не менее 330 Вт*ч/кг на килограмм, объемную плотность не менее 842 Вт*ч/л и доказанный срок службы до 1200 циклов в форматах ячеек от 4 до 10 ампер-часов. Для сравнения, исследование самого эффективного, богатого на никель элемента Tesla 4680 показало, что удельная энергия колеблется от 272 до 296 Вт*ч/кг с объемной плотностью 716 Вт*ч/л.

Sionic Energy также проверяет свою платформу аккумуляторов в формате элементов емкостью 20 А-ч с плотностью 370 Вт*ч/кг и 1000 Вт*ч/л, но с диапазоном циклов, близким к 600. Sionic намерена увеличить срок службы и поставить свои первые элементы на 20 А*ч клиентам для проверки в 2025 году.

По словам Sionic Energy, их аккумулятор содержит кремниево-углеродный композит под названием SCC55, изготовленный компанией Group14 Technologies из США. Последняя планирует открыть фабрику в Мозес-Лейк, штат Вашингтон, в первом квартале 2025 года и с производственной мощностью 4000 тонн. Такое количество материала могло бы обеспечить батареи для сохранения 20 ГВт*ч энергии, чего достаточно для питания от 100 000 до 200 000 электромобилей или миллионов бытовых устройств, таких как телефоны.

Недостаток кремния по сравнению с графитом заключается в том, что он расширяется при прохождении ионов. Материал Group14 работает как наноразмерная губка с крошечными частицами кремния, окруженными каркасом из другого материала. Пористый материал позволяет кремнию расширяться без повреждений, а каркас пропускает ионы лития, не вызывая вредных реакций с электролитом. Компания также считает свой аморфный кремний конкурентным преимуществом по сравнению с кристаллическими формами, с самой высокой стабильностью и сроком службы.

Самое важное то, что материал Group 14 и аккумуляторная платформа Sionic разработаны для стабильной работы в существующих литий-ионных установках. Как пояснил генеральный директор компании Sionic Energy Эд Уильямс, это обеспечит самую низкую стоимость при наименьшем количестве сбоев и быстрый путь к коммерциализации. Он предполагает, что батареи с кремниевыми анодами от 30% до 100% процентов появятся на рынке уже через 3-5 лет, хотя некоторые аналитики могут не согласиться.

"Дело не в том, будут ли они использовать кремний, а в том, сколько и когда. Мы можем предложить платформу, которая на 80-90 процентов уже разработана, чтобы они могли получить высокопроизводительную батарею за долю времени", — добавил глава компании.

Композит SCC55 уже используется в миллионах смартфонов от китайской компании Honor, включая ее последний Magic 7 Pro. Кроме того, Group14 поставляет этот материал клиентам, которые представляют 95 процентов мирового производства литий-ионных аккумуляторов. В июне компания объявила о заключении многолетних обязательных соглашений в отношении своих материалов на сумму не менее 300 миллионов долларов с тремя неназванными производителями электромобилей и двумя производителями бытовой электроники в Европе, Азии и Северной Америке. Одним из них является Porsche AG, который в 2022 году приобрел долю Group14 в 100 миллионов долларов. В сентябре Министерство энергетики США выбрало Group14 для переговоров о получении вознаграждения в размере до 200 миллионов долларов США в рамках второго набора проектов через Двухпартийный закон об инфраструктуре, направленный на увеличение производства аккумуляторов в США. Эта награда поможет профинансировать завод по производству силанового газа для обеспечения кремниевых операций компании, смягчив критическую проблему с поставками.

"Кремниевые батареи со временем полностью заменят литий-ионные батареи. Поэтому у нас есть возможность сделать эту отрасль глобально благоприятной и сохранить это преимущество первопроходца как можно дольше", — заявил генеральный директор и соучредитель Group14 Рик Люббе.

Недавно ученые из Великобритании сообщили о создании первой в мире алмазной батареи. Она использует радиоактивный распад углерода-14 и может питать устройства в течение тысяч лет.