Panasonic en Sila Nanotechnologies gaan silicium-EV-batterijen maken door grafiet te vervangen door silicium in lithium-ionbatterijen. Onlangs tekenden beide bedrijven een overeenkomst om lithium-ionbatterijen te ontwikkelen voor toekomstige elektrische voertuigen. In nieuwe batterijen zullen ze grafiet vervangen door silicium, wat resulteert in verbeterde prestaties en een langere levensduur. De nieuw ontwikkelde batterijen hebben het potentieel voor verbeterde prestaties en een langere levensduur.
Panasonic heeft zojuist een spannende samenwerking aangekondigd met Sila Nanotechnologies , een fabrikant van siliciumanodes, om hun technologie tegen 2024 te integreren in de huidige batterijproductielijn van Panasonic. Met deze nieuwe technologie zullen elektrische voertuigen (EV's) verbeteringen zien in de vorm van een grotere actieradius en een kortere laadtijd . Deze technologie vervangt het grafiet dat normaal gesproken te vinden is op de negatief geladen anodes van lithium-ion EV-batterijen door silicium.
Volgens een rapport van het IEA werden er in 2023 maar liefst 14 miljoen elektrische voertuigen verkocht, en dit aantal zal naar verwachting de komende jaren sterk stijgen. Deze voertuigen maken momenteel gebruik van geavanceerde lithium-ionbatterijen , die continu worden verbeterd. Ondanks deze vooruitgang blijven er echter bepaalde uitdagingen bestaan die hun algehele bruikbaarheid en gebruiksgemak beperken.
Azin Fahimi , hoofdwetenschapper bij Sienza Energy in de Verenigde Staten, zei: "Het vermogen van een batterij om energie op te slaan in verhouding tot zijn grootte en gewicht, ook wel energiedichtheid genoemd, is een cruciale factor voor elektrische voertuigen, omdat het van invloed is op de afstand die ze op één lading kunnen afleggen."
Het team van Azin Fahimi werkt aan verschillende onderzoeken naar de implementatie van siliciumanodes, en ze voegde daaraan toe: "Een ander cruciaal aspect is de vermogensdichtheid, die aangeeft hoe snel een batterij energie kan leveren."
Waarom worden het bereik en de laadtijd beïnvloed door de nieuwe siliciumanode?
Batterijen zijn afhankelijk van de beweging van geladen deeltjes, ionen genaamd, tussen twee elektrische geleiders, elektroden genaamd. Tijdens het laadproces bewegen lithiumionen van de kathode (de positieve elektrode) door de elektrolyt. Vervolgens komen ze in de anode (de negatieve elektrode), waar ze blijven totdat ze nodig zijn om stroom te leveren.
"Wanneer de batterij een apparaat van stroom voorziet, bewegen de lithiumionen terug van de anode naar de kathode. Deze ionenbeweging zorgt ervoor dat elektronen door het externe circuit kunnen stromen, waardoor een elektrische stroom ontstaat die het apparaat van stroom voorziet," voegde Fahimi eraan toe.
De prestaties van een accu hangen sterk af van het anodemateriaal . Dit materiaal is tevens verantwoordelijk voor het opslaan van ionen totdat ze nodig zijn om de auto van stroom te voorzien.
Volgens Fahimi moet een goed anodemateriaal een hoge lithiumopslagcapaciteit hebben om een hoge energiedichtheid te garanderen, een goede elektrische geleidbaarheid om een efficiënte elektronenstroom mogelijk te maken, en een snel ionentransport voor snelle laadmogelijkheden. De anode moet ook een stabiele structuur hebben die niet in volume verandert wanneer ionen erin en eruit stromen, omdat dit het oppervlak kan beschadigen.
Panasonic en Sila Nanotechnologies gaan silicium-accu's voor elektrische voertuigen produceren. Traditioneel worden grafietanodes veel gebruikt in lithium-ionbatterijen vanwege hun gelaagde structuur. Deze gelaagde structuur maakt namelijk de beweging van ionen mogelijk zonder significante volumeveranderingen.
"Vanwege de chemie kan silicium meer dan tien keer meer energie per gram vasthouden. Deze hogere capaciteit betekent dat silicium meer lithiumionen kan opslaan, wat resulteert in een hogere energiedichtheid voor de batterij. Een hogere energiedichtheid vertaalt zich naar een groter bereik voor EV's op één lading. Helaas zwelt silicium op tot drie of vier keer zijn oorspronkelijke grootte wanneer het gevuld is met lithiumionen, wat leidt tot mechanische spanning en uiteindelijk degradatie van het anodemateriaal," legde Fahimi uit.
Daarom is nanoschaalontwerp van de siliciumanode essentieel om deze uitdaging aan te pakken. In hun vervolgonderzoek zijn Fahimi's team bij Sienza en de teams bij Sila toegewijd aan het oplossen van dit probleem.
