Panasonic i Sila Nanotechnologies będą produkować akumulatory Silicon EV, zastępując grafit krzemem w akumulatorach litowo-jonowych. Niedawno obie firmy podpisały umowę na opracowanie akumulatorów litowo-jonowych do przyszłych pojazdów elektrycznych. W nowych akumulatorach zastąpią grafit krzemem, co przełoży się na lepszą wydajność i dłuższą żywotność. Nowo opracowane akumulatory mają potencjał na lepszą wydajność i dłuższą żywotność.
Panasonic właśnie ogłosił ekscytującą współpracę z Sila Nanotechnologies , producentem anod krzemowych, mającą na celu włączenie ich technologii do obecnej linii produkcyjnej akumulatorów Panasonic do roku 2024. Dzięki tej nowej technologii pojazdy elektryczne (EV) będą mogły cieszyć się większym zasięgiem akumulatora i krótszym czasem ładowania . Technologia ta zastępuje grafit, który zazwyczaj znajduje się w ujemnie naładowanych anodach akumulatorów litowo-jonowych do pojazdów elektrycznych, krzemem.
Według raportu Międzynarodowej Agencji Energetycznej (IEA) , w 2023 roku sprzedano aż 14 milionów pojazdów elektrycznych, a liczba ta ma gwałtownie wzrosnąć w nadchodzących latach. Pojazdy te wykorzystują obecnie najnowocześniejsze akumulatory litowo-jonowe , które są stale udoskonalane. Jednak pomimo postępu technologicznego, wciąż istnieją pewne wyzwania, które ograniczają ich ogólną użyteczność i wygodę.
Azin Fahimi , dyrektor naukowy w Sienza Energy w Stanach Zjednoczonych, powiedział: „Zdolność akumulatora do magazynowania energii w stosunku do jego rozmiaru i wagi, znana jako gęstość energii, jest kluczowym czynnikiem w przypadku pojazdów elektrycznych, ponieważ wpływa na dystans, jaki mogą pokonać na jednym ładowaniu”.
Zespół Azin Fahimi pracuje nad różnymi badaniami dotyczącymi wdrażania anod krzemowych. Dodała, że „innym istotnym aspektem jest gęstość mocy, która określa, jak szybko bateria może dostarczać energię”.
Dlaczego zasięg i czas ładowania są ograniczone przez nową anodę krzemową?
Baterie zależą od ruchu naładowanych cząstek, zwanych jonami, pomiędzy dwoma przewodnikami elektrycznymi znanymi jako elektrody. Podczas procesu ładowania jony litu przemieszczają się z katody (elektrody dodatniej) przez elektrolit. Następnie wchodzą do anody (elektrody ujemnej), gdzie pozostają, dopóki nie będą potrzebne do zasilania.
„Kiedy bateria zasila urządzenie, jony litu przemieszczają się z anody do katody. Ten ruch jonów umożliwia przepływ elektronów przez obwód zewnętrzny, generując prąd elektryczny, który zasila urządzenie” – dodał Fahimi.
Wydajność akumulatora w dużej mierze zależy od materiału anody . Odpowiada ona również za magazynowanie jonów do czasu, aż będą potrzebne do zasilania samochodu.
Według Fahimiego: „Dobry materiał anodowy powinien charakteryzować się wysoką pojemnością magazynowania litu, aby zapewnić wysoką gęstość energii, dobrą przewodnością elektryczną, umożliwiającą efektywny przepływ elektronów, [oraz] szybkim transportem jonów, umożliwiającym szybkie ładowanie. Anoda potrzebuje również stabilnej struktury, która nie zmienia objętości podczas przepływu jonów, ponieważ może to uszkodzić jej powierzchnię”.
Panasonic i Sila Nanotechnologies będą produkować krzemowe akumulatory do pojazdów elektrycznych. Tradycyjnie anody grafitowe były szeroko stosowane w akumulatorach litowo-jonowych ze względu na ich warstwową strukturę. Umożliwia ona bowiem przepływ jonów bez znaczących zmian objętości.
„Ze względu na swoją chemię krzem może pomieścić ponad dziesięciokrotnie więcej energii na gram. Ta większa pojemność oznacza, że krzem może przechowywać więcej jonów litu, co skutkuje większą gęstością energii dla akumulatora. Większa gęstość energii przekłada się na dłuższy zasięg pojazdów elektrycznych na jednym ładowaniu. Niestety, krzem pęcznieje do trzy- lub czterokrotnie większego rozmiaru, gdy jest wypełniony jonami litu, co prowadzi do naprężeń mechanicznych i ostatecznej degradacji materiału anody” – wyjaśnił Fahimi.
W związku z tym, aby sprostać temu wyzwaniu, niezbędne jest zaprojektowanie anody krzemowej w skali nano. W swoich kolejnych badaniach zespół Fahimiego w Sienza i zespoły w Sila poświęcają się rozwiązaniu tego problemu.
