"Повністю замінять літій-іонні": як нові кремнієві батареї покращать різні пристрої

Американська компанія Sionic Energy 10 грудня анонсувала акумулятор з повністю кремнієвим анодом, яка може покращити роботу электромобілів. Про це повідомляє сайт IEEE Spectrum.

Кремній переносить в п’ять разів більше енергії, ніж графіт, але поки Tesla та деякі інші електромобілі мають батареї з електродами, які лише на 5-10% зроблені з цього матеріалу. Акумулятор має питому енергію щонайменше 330 Вт*год/кг на кілограм, об’ємну щільність щонайменше 842 Вт*год/л і доведений строк служби до 1200 циклів у форматах клітинок від 4 до 10 ампер-годин. Для порівняння, дослідження найефективнішого, багатого на нікель елемента Tesla 4680 показав, що питома енергія коливається від 272 до 296 Вт*год/кг з об’ємною щільністю 716 Вт*год/л.

Sionic Energy також перевіряє свою платформу акумуляторів у форматі елементів ємністю 20 А·год з щільністю 370 Вт*год/кг і 1000 Вт*год/л, але з діапазоном циклів, близьким до 600. Sionic має намір збільшити термін служби та поставити свої перші елементи на 20 А*год клієнтам для перевірки у 2025 році.

За словами Sionic Energy, їх акумулятор містить кремнієво-вуглецевий композит під назвою SCC55, виготовлений компанією Group14 Technologies із США. Остання планує відкрити фабрику в Мозес-Лейк, штат Вашингтон, у першому кварталі 2025 року і з виробничою потужністю 4000 тонн. Така кількість матеріалу могла б забезпечити батареї для збереження 20 ГВт*год енергії, чого достатньо для живлення від 100 000 до 200 000 електромобілів або мільйонів побутових пристроїв, таких як телефони.

Недолік кремнію у порівнянні із графітом полягає у тому, що він розширюється при проходженні іонів. Матеріал Group14 працює як нанорозмірна губка з крихітними частинками кремнію, оточеними каркасом з іншого матеріалу. Пористий матеріал дозволяє кремнію розширюватися без пошкоджень, а каркас пропускає іони літію, не викликаючи шкідливих реакцій з електролітом. Компанія також вважає свій аморфний кремній конкурентною перевагою порівняно з кристалічними формами, з найвищою стабільністю та терміном служби.

Найважливіше те, що матеріал Group 14 і акумуляторна платформа Sionic розроблені для стабільної роботи в існуючих літій-іонних установках. Як пояснив генеральний директор компанії Sionic Energy Ед Вільямс, це забезпечить найнижчу вартість при найменшій кількості збоїв і швидкий шлях до комерціалізації. Він передбачає, що батареї з кремнієвими анодами від 30% до 100% відсотків з'являться на ринку вже через 3-5 років, хоча деякі аналітики можуть не погодитися.

"Річ не у тім, чи будуть вони використовувати кремній, а в тому, скільки та коли. Ми можемо запропонувати платформу, яка на 80-90 відсотків уже розроблена, щоб вони могли отримати високопродуктивну батарею за частку часу", — додав голова компанії.

Композит SCC55 вже використовується в мільйонах смартфонів від китайської компанії Honor, включаючи її останній Magic 7 Pro. Крім того, Group14 постачає цей матеріал клієнтам, які представляють 95 відсотків світового виробництва літій-іонних акумуляторів. У червні компанія оголосила про укладення багаторічних обов’язкових угод щодо своїх матеріалів на суму щонайменше 300 мільйонів доларів із трьома неназваними виробниками електромобілів і двома виробниками побутової електроніки в Європі, Азії та Північній Америці. Одним із них є Porsche AG, який у 2022 році придбав частку Group14 у 100 мільйонів доларів. У вересні Міністерство енергетики США вибрало Group14 для переговорів про отримання винагороди в розмірі до 200 мільйонів доларів США в рамках другого набору проєктів через Двопартійний закон про інфраструктуру, спрямований на збільшення виробництва акумуляторів у США. Ця нагорода допоможе профінансувати завод по виробництву силанового газу для забезпечення кремнієвих операцій компанії, пом’якшивши критичну проблему з постачанням.

"Кремнієві батареї з часом повністю замінять літій-іонні батареї. Тож у нас є можливість зробити цю галузь глобально сприятливою та зберегти цю перевагу першопрохідця якомога довше", — заявив генеральний директор і співзасновник Group14 Рік Люббе.

Нещодавно вчені з Великобританії повідомили про створення першої у світі алмазної батареї. Вона використовує радіоактивний розпад вуглецю-14 може живити пристрої протягом тисяч років.