Прорив у технології кремнієвих анодів зробить батареї ефективнішими

Американські розробники акумуляторів оголосили про важливе відкриття, яке може радикально змінити електромобілі. Йдеться про аноди (частину батареї, де накопичуються електрони) на основі кремнію. Цей матеріал впливає на дальність поїздки та швидкість зарядки літій-іонних батарей. Довгий час аноди робили з графіту, але він створює проблеми: шкодить екології, коштує дорого і залежить від Китаю (там виробляють понад 90% графіту). Тепер з’явилася реальна альтернатива

Компанії Group14 Technologies (у яку інвестує Porsche) та Sionic Energy з Нью-Йорка об’єдналися, щоб створити нові кремнієві аноди. Вони на 100% складаються з кремнію та вуглецю. Тести показали, що такі батареї стабільно працюють під час зарядки та розрядки. Перевірки проводили на елементах ємністю 4, 10 та 20 ампер-годин. Батареї витримували температури 45 і 60 градусів Цельсія — це великий плюс, бо кремній раніше вважався нестабільним при нагріванні

Чому анод важливий? 

Під час зарядки батареї іони літію накопичуються в аноді. Під час розрядки вони рухаються до катода і виробляють електрику. Від анода залежить, скільки енергії може зберігати батарея і як швидко вона заряджається. Графіт був популярним через стабільність, але має мінуси у виробництві та залежність від Китаю

Кремній дозволяє зробити батареї легшими та потужнішими. Анод — це найбільша частина акумулятора за об’ємом і масою. З кремнієм батареї стануть компактнішими, але збережуть або навіть збільшать дальність поїздки

Які переваги нової технології? 

Керівник Sionic Energy Ед Вільямс зазначає, що індустрія давно намагається “приручити” кремній, але стикалася з проблемами високої ціни та складного виробництва, і нова розробка долає ці труднощі, забезпечуючи енергетичну щільність до 400 Вт-год/кг (порівняно з 200–300 Вт-год/кг у сучасних комерційних батареях), термін служби понад 1200 циклів зарядки, швидку зарядку (до 10 хвилин залежно від розміру батареї), збільшення потужності на 55% більше енергії, ніж у традиційних батареях, а також універсальність, що дозволяє впроваджувати її в існуючі батареї без змін обладнання завдяки так званій “drop-in” технології

Розробники вирішили типові проблеми кремнію: розширення під навантаженням, витік електроліту та швидке зношення. Вони використали спеціальний сполучний матеріал і нову конструкцію елемента

Sionic Energy планує вийти на ринок електромобілів у 2026 році, а для систем зберігання енергії — у 2027-му

Де вже використовують кремній? 

Кремнієві батареї вже застосовуються в топових китайських смартфонах, де вони забезпечують більшу ємність без збільшення розмірів пристроїв. У автомобілях технологія впроваджена в гіперкарі McMurtry Spéirling з батареєю 100 кВт-год від Group14, яка дозволяє розгін до 96 км/год за 1,5 секунди та проходження чверті милі за 8 секунд. Mercedes-Benz планував інтегрувати кремній від Sila Nanotechnologies у електричний G-Class (EQG), що мало підвищити ємність на 40%. Сьогодні такі батареї доступні як опція, хоча повне впровадження в серійних моделях все ще розглядається, але інтерес до технології залишається високим. GM продовжує працювати над кремнієвими анодами в співпраці з партнерами з OneD Battery Sciences, аби зменшити розмір, масу та вартість батарей

Багато автовиробників говорять про твердотільні батареї, але кремнієві аноди можуть покращити нинішні літій-іонні системи вже зараз: більше пробігу, швидша зарядка та краща ефективність. Тому ця технологія може стати справжнім поворотним моментом для електромобілів