باتری‌های خودروهای الکتریکی بر پایه سیلیکون: وعده دامنه دو برابر، ایمنی بهبودیافته و شارژ سریع

تلاش‌ها برای تجاری‌سازی فناوری‌های باتری نسل بعدی برای خودروهای الکتریکی افزایش یافته است. انواع جدیدی از دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی، از جمله باتری‌های حالت جامد توسعه یافته و در حال آزمایش برای تامین قدرت خودروهای الکتریکی هستند.

با این حال، ادعا می‌شود که آندهای سیلیکونی در رقابت برای تجاری‌سازی فناوری باتری‌های نسل بعدی جلوتر از باتری‌های حالت جامد قرار دارند. در حال حاضر، بیشتر باتری‌های لیتیوم-یونی از گرافیت به عنوان ماده آند استفاده می‌کنند. اما استفاده از سیلیکون به عنوان ماده آند به طور قابل توجهی می‌تواند چگالی انرژی دستگاه را افزایش دهد، زیرا دارای ظرفیت نظری نزدیک به 3600 میلی‌آمپر ساعت بر گرم (در دمای اتاق) است.

چگالی انرژی دو برابر

با جایگزینی گرافیت، که ظرفیتی حدود 360 میلی‌آمپر ساعت بر گرم دارد، با سیلیکون، چگالی‌های انرژی در سطح سلول بیش از 400 وات ساعت بر کیلوگرم و 1000 وات ساعت بر لیتر امکان‌پذیر می‌شود، که بر اساس گزارش IDTechEx ، قابلیت دو برابر کردن چگالی انرژی سلول‌های تجاری پیشرفته در سال 2024 را دارد. این جهش در چگالی انرژی می‌تواند به معنای خودروهای الکتریکی با برد دو برابر یا دستگاه‌های الکترونیکی با زمان کار دو برابر باشد، طبق گزارش.

IDTechEx همچنین بیان می‌کند که، به جز چگالی انرژی، استفاده از سیلیکون به عنوان ماده آند دارای مزایای دیگری نیز هست. بسیاری از شرکت‌های تولیدکننده آند سیلیکونی، بهبود قدرت و قابلیت شارژ سریع را گزارش داده‌اند، که یک معیار عملکرد مهم برای خودروهای الکتریکی و برنامه‌های دیگر مانند ابزارهای قدرت یا دستگاه‌های مصرفی است، این گزارش اعلام می‌کند.

سیلیکون می‌تواند باتری‌ها را ایمن‌تر کند

استفاده از سیلیکون به جای گرافیت می‌تواند باتری‌ها را ایمن‌تر کند زیرا ولتاژ مثبت‌تر سیلیکون خطر رسوب لیتیوم را کاهش می‌دهد و ایمنی باتری را بهبود می‌بخشد، که یک نگرانی فزاینده برای صنعت است.

IDTechEx همچنین ادعا کرد که در حال حاضر اکسیدهای سیلیکون را می‌توان فقط در درصدهای وزن نسبتا پایین، <10%، استفاده کرد، اما ده‌ها شرکت، بزرگ و کوچک، در حال رقابت برای توسعه مواد آند سیلیکونی پیشرفته‌ای هستند که می‌تواند درصدهای بالاتری از سیلیکون را در باتری‌ها ممکن کند. ترکیبات سیلیکون محور هدف برای تعدادی از بازیگران است، مطابق گزارش.

در حالی که برخی از تولیدکنندگان اصلی معاملات با توسعه‌دهندگان باتری‌های حالت جامد دارند، خودروسازانی مانند مرسدس، پورشه و جی‌ام همگی بر روی آندهای سیلیکونی سرمایه‌گذاری بزرگی کرده‌اند تا تغییرات تحول‌آفرین در علم پشت خودروهای الکتریکی ارائه دهند، گزارش CNBC گزارش داد.

«صنعت باتری به پتانسیل سیلیکون توجه کرده است. IDTechEx تخمین می‌زند که بیش از 4 میلیارد دلار سرمایه‌گذاری به سمت استارت‌آپ‌های آند سیلیکون رفته است. برخی از این سرمایه‌گذاری‌ها اکنون به سمت گسترش قابلیت‌ها و ظرفیت‌های تولید و زنجیره‌های تامین می‌رود. به طور مهم، مواد و راه‌حل‌هایی که توسط برخی از این شرکت‌های در حال توسعه توسعه می‌یابند نیز شروع به واجد شرایط شدن و استقرار می‌کنند»، گفت گزارش IDTechEx .

به گفته گزارش، مواد سیلا نانو در وسایل تناسب اندام Whoop استفاده شده‌اند، آمپریوس باتری‌ها را در پهپادها و ماهواره‌های شبه-پوبات (HAPS) مستقر کرده و موتورهای لایتنینگ موتورز موتورسیکلت‌های الکتریکی با استفاده از تکنولوژی Enevate عرضه خواهند کرد.

ونکت سرینیواسان، مدیر مرکز همکاری برای علم ذخیره انرژی در آزمایشگاه ملی آرگون دولت ایالات متحده در شیکاگو، نیز اظهار داشت که پنج سال پیش، باتری‌های آند سیلیکون عمر تقویمی حدود یک سال داشتند، اما داده‌های اخیر نشان می‌دهند که این مواد به طور چشمگیری در قابلیت دوام خود بهبود یافته‌اند، برخی از آزمایشات اکنون یک عمر تقویمی سه تا چهار سال را پیش‌بینی می‌کنند.

ونکت سرینیواسان به CNBC از طریق ویدئو کنفرانس گفت: "اگر یک رقابت اسب دوانی وجود داشته باشد، به نظر می‌رسد سیلیکون حداقل در این لحظه جلوتر باشد، اما ما هیچ‌کدام از آن‌ها را تجاری‌سازی نکرده‌ایم."