Прорыв в технологии кремниевых анодов сделает батареи более эффективными

Американские разработчики аккумуляторов объявили о важном открытии, которое может радикально изменить электромобили. Речь идет об анодах (части батареи, где накапливаются электроны) на основе кремния. Этот материал влияет на дальность поездки и скорость зарядки литий-ионных батарей. Долгое время аноды делали из графита, но он создает проблемы: вредит экологии, стоит дорого и зависит от Китая (там производят более 90% графита). Теперь появилась реальная альтернатива

Компании Group14 Technologies (в которую инвестирует Porsche) и Sionic Energy из Нью-Йорка объединились, чтобы создать новые кремниевые аноды. Они на 100% состоят из кремния и углерода. Тесты показали, что такие батареи стабильно работают при зарядке и разрядке. Проверки проводились на элементах емкостью 4, 10 и 20 ампер-часов. Батареи выдерживали температуры 45 и 60 градусов Цельсия – это большой плюс, потому что кремний раньше считался нестабильным при нагревании

Почему анод важен? 

Во время зарядки батареи ионы лития скапливаются в аноде. Во время разрядки они двигаются к катоду и производят электричество. От анода зависит, сколько энергии может хранить батарея и как быстро она заряжается. Графит был популярен из-за стабильности, но имеет минусы в производстве и зависимость от Китая

Кремний позволяет сделать батареи более легкими и мощными. Анод – это самая большая часть аккумулятора по объему и массе. С кремнием батареи станут компактнее, но сохранят или даже увеличат дальность поездки

Какие преимущества новой технологии? 

Руководитель Sionic Energy Эд Уильямс отмечает, что индустрия давно пытается «приручить» кремний, но сталкивалась с проблемами высокой цены и сложного производства, и новая разработка преодолевает эти трудности, обеспечивая энергетическую плотность до 400 Вт-ч/кг (по сравнению с 200–300 Вт. 1200 циклов зарядки, быстрая зарядка (до 10 минут в зависимости от размера батареи), увеличение мощности на 55% больше энергии, чем в традиционных батареях, а также универсальность, позволяющая внедрять ее в существующие батареи без изменений оборудования благодаря так называемой «drop-in» технологии

Разработчики решили типичные проблемы кремния: расширение под нагрузкой, утечка электролита и быстрый износ. Они использовали специальный соединительный материал и новую конструкцию элемента

Sionic Energy планирует выйти на рынок электромобилей в 2026 году, а для систем хранения энергии – в 2027-м

Где уже используют кремний? 

Кремниевые батареи уже используются в топовых китайских смартфонах, где они обеспечивают большую емкость без увеличения размеров устройств. В автомобилях технология внедрена в гиперкаре McMurtry Spéirling с батареей 100 кВт-ч от Group14, позволяющей разгон до 96 км/ч за 1,5 секунды и прохождение четверти мили за 8 секунд. Mercedes-Benz планировал интегрировать кремний от Sila Nanotechnologies в электрический G-Class (EQG), что должно повысить емкость на 40%. Сегодня такие батареи доступны как опция, хотя полное использование в серийных моделях все еще рассматривается, но интерес к технологии остается высоким. GM продолжает работать над кремниевыми анодами в сотрудничестве с партнерами с OneD Battery Sciences, чтобы уменьшить размер, массу и стоимость батарей

Многие автопроизводители говорят о твердотельных батареях, но кремниевые аноды могут улучшить нынешние литий-ионные системы уже сейчас: больше пробега, более быстрая зарядка и лучшая эффективность. Поэтому эта технология может стать настоящим поворотным моментом для электромобилей