Panasonic och Sila Nanotechnologies ska tillverka kiselbatterier för elbilar genom att ersätta grafit med kisel i litiumjonbatterier. Nyligen tecknade båda företagen ett avtal om att utveckla litiumjonbatterier för framtida elfordon. I nya batterier kommer de att ersätta grafit med kisel, vilket resulterar i förbättrad prestanda och längre livslängd. De nyutvecklade batterierna har potential för förbättrad prestanda och förlängd livslängd.
Panasonic har precis avslöjat ett spännande samarbete med Sila Nanotechnologies , en tillverkare av kiselanoder, för att integrera deras teknik i Panasonics nuvarande batteriproduktionslinje senast år 2024. Med denna nya teknik kommer elfordon (EV) att förbättras med ökad batteriräckvidd och minskad laddningstid . Denna teknik ersätter grafiten som vanligtvis finns på de negativt laddade anoderna i litiumjonbatterier för elbilar med kisel.
Enligt en IEA-rapport såldes häpnadsväckande 14 miljoner elbilar år 2023, och denna siffra förväntas öka kraftigt under de kommande åren. Dessa fordon är för närvarande beroende av avancerade litiumjonbatterier , som ständigt förbättras. Trots deras framsteg kvarstår dock vissa utmaningar, vilket begränsar deras övergripande användbarhet och bekvämlighet.
Azin Fahimi , forskningschef på Sienza Energy i USA, sa: ”Ett batteris förmåga att lagra energi i förhållande till dess storlek och vikt, känd som energitäthet, är en nyckelfaktor för elfordon, eftersom det påverkar hur långt de kan tillryggalägga på en enda laddning.”
Azin Fahimis team arbetar med olika typer av forskning kring implementering av kiselanoder, och hon tillade vidare: ”En annan viktig aspekt är effekttätheten, vilket syftar på hur snabbt ett batteri kan leverera energi.”
Varför påverkas räckvidd och laddningstid av den nya kiselanoden?
Batterier är beroende av att laddade partiklar, kallade joner, rör sig mellan två elektriska ledare som kallas elektroder. Under laddningsprocessen rör sig litiumjoner från katoden (den positiva elektroden) genom elektrolyten. Sedan går de in i anoden (den negativa elektroden), där de stannar kvar tills de behövs för att ge ström.
"När batteriet förser en enhet med ström, rör sig litiumjonerna tillbaka från anoden till katoden. Denna jonrörelse gör att elektroner kan flöda genom den externa kretsen, vilket genererar en elektrisk ström som driver enheten", tillade Fahimi vidare.
Ett batteris prestanda beror i hög grad på anodmaterialet . Det ansvarar också för att lagra joner tills de behövs för att driva bilen.
Enligt Fahimi bör ”ett bra anodmaterial ha en hög litiumlagringskapacitet för att säkerställa hög energitäthet, god elektrisk ledningsförmåga för att underlätta effektivt elektronflöde [och] snabb jontransport för snabba laddningsmöjligheter. Anoden behöver också en stabil struktur som inte förändras i volym när joner flödar in och ut ur den, eftersom detta kan skada ytan.”
Panasonic och Sila Nanotechnologies ska tillverka kiselbatterier för elbilar. Traditionellt har grafitanoder använts flitigt i litiumjonbatterier på grund av deras skiktade struktur. Eftersom denna skiktade struktur möjliggör förflyttning av joner utan betydande volymförändringar.
”På grund av sin kemi kan kisel hålla mer än tio gånger mer energi per gram. Denna högre kapacitet innebär att kisel kan lagra fler litiumjoner, vilket resulterar i en högre energitäthet för batteriet. En högre energitäthet innebär en längre räckvidd för elbilar på en enda laddning. Tyvärr sväller kisel till tre eller fyra gånger sin ursprungliga storlek när det fylls med litiumjoner, vilket leder till mekanisk stress och eventuell nedbrytning av anodmaterialet”, förklarade Fahimi.
Följaktligen är nanoskalig design av kiselanoden avgörande för att möta denna utmaning. I sin efterföljande forskning är Fahimis team vid Sienza och teamen vid Sila dedikerade till att lösa detta problem.
