Panasonic e Sila Nanotechnologies produrranno batterie al silicio per veicoli elettrici sostituendo la grafite con il silicio nelle batterie agli ioni di litio. Di recente, entrambe le aziende hanno firmato un accordo per sviluppare batterie agli ioni di litio per i futuri veicoli elettrici. Nelle nuove batterie sostituiranno la grafite con il silicio, ottenendo così prestazioni migliori e una maggiore durata. Le batterie di nuova concezione hanno il potenziale per prestazioni migliori e una maggiore durata.
Panasonic ha appena annunciato un'entusiasmante collaborazione con Sila Nanotechnologies , produttore di anodi al silicio, per integrare la loro tecnologia nella linea di produzione di batterie Panasonic entro il 2024. Grazie a questa nuova tecnologia, i veicoli elettrici (EV) beneficeranno di miglioramenti in termini di autonomia e tempi di ricarica ridotti . Questa tecnologia sostituisce la grafite, tipicamente presente sugli anodi a carica negativa delle batterie agli ioni di litio per veicoli elettrici, con il silicio.
Secondo un rapporto dell'IEA , nel 2023 sono stati venduti ben 14 milioni di veicoli elettrici, e questo numero è destinato ad aumentare notevolmente nei prossimi anni. Attualmente questi veicoli si basano su batterie agli ioni di litio di ultima generazione , in continuo miglioramento. Tuttavia, nonostante i progressi, persistono alcune sfide che ne limitano l'utilità e la praticità complessive.
Azin Fahimi , responsabile scientifico di Sienza Energy , negli Stati Uniti, ha dichiarato: "La capacità di una batteria di immagazzinare energia in relazione alle sue dimensioni e al suo peso, nota come densità energetica, è un fattore chiave per i veicoli elettrici, in quanto influisce sulla distanza che possono percorrere con una singola carica".
Il team di Azin Fahimi sta lavorando a diverse ricerche sull'implementazione di anodi di silicio, e la ricercatrice ha aggiunto: "Un altro aspetto cruciale è la densità di potenza, che si riferisce alla velocità con cui una batteria può fornire energia".
Perché il nuovo anodo al silicio influisce sull'autonomia e sul tempo di ricarica?
Le batterie dipendono dal movimento di particelle cariche, chiamate ioni, tra due conduttori elettrici noti come elettrodi. Durante il processo di carica, gli ioni di litio si spostano dal catodo (l'elettrodo positivo) attraverso l'elettrolita. Quindi entrano nell'anodo (l'elettrodo negativo), dove rimangono finché non sono necessari per fornire energia.
“Quando la batteria alimenta un dispositivo, gli ioni di litio si spostano dall'anodo al catodo. Questo movimento di ioni permette agli elettroni di fluire attraverso il circuito esterno, generando una corrente elettrica che alimenta il dispositivo”, ha aggiunto Fahimi.
Le prestazioni di una batteria dipendono in larga misura dal materiale dell'anodo . Quest'ultimo è anche responsabile dell'immagazzinamento degli ioni fino a quando non sono necessari per alimentare l'auto.
Secondo Fahimi, "Un buon materiale anodico dovrebbe possedere un'elevata capacità di accumulo di litio per garantire un'alta densità di energia, una buona conduttività elettrica per facilitare un flusso efficiente di elettroni e un rapido trasporto di ioni per una ricarica veloce. L'anodo necessita inoltre di una struttura stabile che non cambi di volume quando gli ioni entrano ed escono, poiché ciò potrebbe danneggiare la superficie."
Panasonic e Sila Nanotechnologies collaboreranno alla produzione di batterie al silicio per veicoli elettrici. Tradizionalmente, gli anodi di grafite sono stati ampiamente utilizzati nelle batterie agli ioni di litio grazie alla loro struttura a strati. Questa struttura a strati consente il movimento degli ioni senza significative variazioni di volume.
"Grazie alla sua chimica, il silicio può contenere più di dieci volte più energia per grammo. Questa maggiore capacità significa che il silicio può immagazzinare più ioni di litio, con conseguente maggiore densità di energia per la batteria. Una maggiore densità di energia si traduce in una maggiore autonomia per i veicoli elettrici con una singola carica. Sfortunatamente, il silicio si gonfia fino a tre o quattro volte le sue dimensioni originali quando viene riempito con ioni di litio, causando stress meccanico e l'eventuale degradazione del materiale dell'anodo", ha spiegato Fahimi.
Di conseguenza, la progettazione su scala nanometrica dell'anodo di silicio è essenziale per affrontare questa sfida. Nella loro successiva ricerca, il team di Fahimi a Sienza e i team di Sila si sono dedicati alla risoluzione di questo problema.
