Кремниевые аноды, похоже, лидируют в гонке по коммерциализации аккумуляторных технологий следующего поколения для электромобилей.

Шумиха вокруг анодов на основе кремния, которые обещают повышенную мощность и возможность более быстрой зарядки электромобилей, в последние месяцы растет — точно так же, как шумиха вокруг твердотельных батарей, похоже, сошла на нет.

Это происходит на фоне того, что рост продаж электромобилей продолжает стимулировать глобальный спрос на аккумуляторы, побуждая автогигантов объединяться с крупными производителями аккумуляторов на пути к полной электрификации.

В то время как некоторые OEM-производители (производители оригинального оборудования) подписали соглашения с разработчиками твердотельных аккумуляторов, автопроизводители, такие как Mercedes, Порше и ГМ все сделали большую ставку на кремниевые аноды, чтобы обеспечить революционные изменения в науке, лежащей в основе электромобилей.

В недавнем отчете консалтинговой компании IDTechEx перспектива использования передовых кремниевых анодных материалов описывается как «огромная» для улучшения критических характеристик аккумуляторов, отмечая, что этот потенциал не остался незамеченным автопроизводителями и ключевыми игроками аккумуляторной индустрии.

Однако он предупредил, что для широкого внедрения необходимо решить такие проблемы, как срок цикла, срок годности и, что, возможно, наиболее важно, стоимость.

Венкат Сринивасан, директор Совместного центра по науке о хранении энергии при Аргоннской национальной лаборатории правительства США в Чикаго, сказал, что кремниевые аноды, по-видимому, имеют преимущество перед твердотельными батареями.

«Если есть скачки, то кремний, кажется, лидирует, по крайней мере, на данный момент, но мы не коммерциализировали ни один из них», — сказал Сринивасан CNBC через видеоконференцию.

Сринивасан сказал, что пять лет назад срок службы кремниевых анодных батарей составлял примерно один год, но последние данные, по-видимому, показывают резкое улучшение долговечности этих материалов, при этом некоторые тесты теперь прогнозируют календарный срок службы от трех до четырех лет.

В отличие от срока службы батареи, который учитывает количество раз, когда ее можно заряжать и разряжать, календарный срок службы измеряет деградацию с течением времени. Обычно под календарным сроком службы батареи понимается период, в течение которого она может работать при уровне более 80 % своей первоначальной емкости, независимо от ее использования.

Шринивасан сказал, что твердотельным батареям, которые долгое время считались «Святым Граалем» устойчивого вождения, еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем они смогут сравниться с недавним прогрессом, достигнутым кремниевыми анодами.

«Этот переход все еще должен быть осуществлен в твердотельном состоянии с помощью металлических батарей, и именно поэтому я думаю, что вы слышите от людей, что, похоже, это обещание не оправдалось», — сказал Шринивасан.

«Это не значит, что мы не достигнем этой цели. Это может произойти через несколько лет. Это просто означает, что сегодня создается впечатление, что кремний находится на другой части уровня технологической готовности».

Аналитики говорят, что кремниевые аноды теоретически обеспечивают в 10 раз большую плотность энергии, чем графит, который сегодня обычно используется в анодах аккумуляторов. Тем не менее, эти же самые материалы обычно страдают от быстрой деградации при использовании большого количества кремния.

«Кремниевые аноды и твердотельные батареи — это две новые технологические тенденции на рынке аккумуляторов для электромобилей, направленные на расширение границ высокопроизводительных аккумуляторных элементов», — сообщил CNBC по электронной почте Рори МакНалти, старший аналитик Benchmark Mineral Intelligence.

По словам МакНалти, обычно бывает так, что лучшая производительность батареи достигается за счет долговечности или безопасности. Например, известно, что кремниевые аноды значительно разбухают во время зарядки, что сокращает срок службы батареи.

Для сравнения, Макналти сказал, что твердотельные батареи, как утверждается, значительно улучшают стабильность электролита по отношению к высокоэффективным электродным материалам, решая проблемы, связанные с использованием материалов с высокой плотностью энергии, таких как кремний и литий.

Как следует из названия, твердотельные батареи содержат твердый электролит, изготовленный из таких материалов, как керамика. Это отличает их от обычных литий-ионных аккумуляторов, содержащих жидкий электролит.

Японские Toyota и Nissan заявили, что намерены запустить твердотельные батареи в массовое производство в ближайшие годы, а китайская SAIC Motor Corp, как сообщается, заявила в начале сентября, что ее бренд MG будет оснащать автомобили твердотельными батареями в течение следующих 12 лет. месяцев.

Тем не менее, аналитики по-прежнему скептически относятся к тому, когда твердотельные батареи действительно появятся на рынке.

«Аноды на основе кремния обещают стать технологией следующего поколения в анодной области, обеспечивая решение для более быстрой зарядки», — сообщил CNBC по электронной почте Георгий Георгиев, аналитик по сырью для аккумуляторов в консалтинговой компании Fastmarkets.

Георгиев сказал, что несколько игроков отрасли изучают потенциал кремниевых анодов, от хорошо зарекомендовавших себя поставщиков анодов в Китае и Южной Корее до новых игроков, таких как тайваньская компания ProLogium и американские производители Group14 и Sila Nanotechnologies.

«Особенно на Западе прогресс в области кремниевых анодов [are] рассматривается как стратегическая возможность догнать Китай, который доминирует в цепочках поставок анодов на основе графита, причем китайские производители анодов занимают 98% мирового рынка анодов для аккумуляторов», — сказал Георгиев.

«Однако существуют серьезные технические проблемы, связанные со 100% кремниевым анодом, такие как расширение кремния, влияющее на долговечность батарей, и в настоящее время существует несколько способов производства кремниевых анодов», — добавил он.

Тайваньский производитель аккумуляторов ProLogium представил первую в мире полностью кремниевую анодную батарею на Парижском автосалоне в прошлом месяце, заявив, что новая аккумуляторная система быстрой зарядки не только превзошла традиционные литий-ионные аккумуляторы по производительности и эффективности зарядки, но и «решила важные отраслевые задачи».

ProLogium, ссылаясь на данные испытаний, заявил, что его 100% кремниевый анодный аккумулятор может заряжаться с 5% до 60% всего за 5 минут и достигать 80% за 8,5 минут. В компании охарактеризовали это достижение как «непревзойденное достижение на конкурентном рынке электромобилей», которое поможет сократить время зарядки и расширить ассортимент электромобилей.

Георгиев из Fastmarkets сказал, что большим вопросом в коммерциализации кремниевых анодов является себестоимость производства и то, сможет ли какой-либо из крупных производителей кремниевых анодов «производить материал в больших масштабах с постоянным качеством и по конкурентоспособной цене». [a] основные требования OEM-производителей».

«На данном этапе кремниевые аноды используются скорее в качестве добавки к анодам на основе графита, и в ближайшие годы мы ожидаем увидеть увеличение доли кремния в аноде, но в сочетании с графитом, в то время как для 100% кремниевых анодов потребуется больше времени. выйти на массовый рынок», — добавил он.