EVバッテリーに革命を起こす4種類のシリコン技術

自動車メーカーとバッテリーセルメーカーがより効率的で高速充電のEVバッテリーの開発を競う中、バッテリーのアノードにある主流のグラファイトに取って代わる大きな牽引力を獲得している材料が1つあります。それはシリコンです。

シリコンには 理論上のエネルギー容量は10倍 グラファイトよりも、EVの航続距離を大幅に伸ばすことができます。 また、充電中にリチウムイオンをはるかに速く吸収することができ、プロセスをスピードアップします。

しかし、アノードにシリコンを追加すると、 特定の課題。

充電サイクル中に元のサイズの約400％に膨張する材料の傾向により、シリコン粒子に亀裂が生じ、アノードが崩壊する可能性があります。 これは、エネルギー損失とバッテリーの劣化につながります。

そのため、さまざまな企業がこれらの問題に取り組み、バッテリーの性能を向上させるシリコンの可能性を活用する方法を模索しています。

業界の真のゲームチェンジャーになることを約束する最も著名なテクノロジーは次のとおりです。

ナノポーラスシリコン

オランダのスケールアップ E-Magy 膨潤したり壊れたりしないナノスケールの細孔を備えた構造化シリコン粒子を製造しています。

その技術により、EVバッテリーは、バッテリーの寿命に影響を与えることなく、40％高いエネルギー密度と最大5倍の高速充電を享受できると主張しています。

同社はすでに最初の生産シリーズを実施しており、現在の施設では25トンのシリコンプレートを生産することができます。これは4,000個の電気自動車用バッテリーに十分な量です。

2024年には数千トンの量産を目指す新施設が見込まれています。

シリコンナノワイヤー

カリフォルニアを拠点とするスタートアップ OneDバッテリーサイエンス は、電池のアノードにある市販のグラファイト粒子に直接融合できるシリコンナノワイヤーを製造しています。

このテクノロジーには、次の3つの主な利点があります。

1. 充電サイクルの間、シリコンナノワイヤーはしなやかであり、ひび割れません。
2. 各グラファイト粒子に数十万本のワイヤーがあり、シリコンはアノードのエネルギー密度を3倍にします。
3. シリコンとグラファイトの比率が高いほど、バッテリー製造でkWhあたりに生成されるCO2が減少します。

現在、シリコンナノワイヤーは、専用のパイロット生産プログラムを通じてOEMが利用できますが、2025年には完全な商業生産が見込まれています。

シリコンカーボンパウダー

ワシントンを拠点とするスタートアップ グループ14 SCC55と呼ばれる特殊なシリコンカーボンパウダーを開発しました。

ハードカーボンベースの足場のおかげで、シリコンはアモルファスでナノサイズの形に保たれています。 これにより、SCC55はグラファイトアノードの5倍の容量と最大50％のエネルギー密度を実現できます。

興味深いことに、この複合材料は、グラファイトとの任意のブレンド比に使用することも、グラファイトの完全な代替品として使用することもできます。

同社はすでにOEMに製品を出荷しており、年間12,000トンを生産する2つの工場を建設する予定です。

シリコンナノ粒子

シラナノテクノロジー 中国では、バッテリーのアノードのグラファイトを部分的または完全に置き換えるために、特殊なシリコンナノ粒子を設計しました。

同社によれば、これらの粒子は、電解質を外部に保ちながら、シリコンの膨張と収縮を排除します。つまり、不要な副反応なしに、材料を1,000〜10,000回循環させることができます。

その結果、その技術によりエネルギー密度が20％から40％増加し、EVバッテリーが同じスペースに大幅に多くのエネルギーを蓄えることができ、航続距離が向上します。

シラは最近 メルセデスで働き始めた、電気Gクラスシリーズでシリコンベースのアノード電池を使用します。

本当に期待しているのは、3つの企業すべてが、既存の製造およびサプライチェーンプロセスを使用してスケールアップできるようにソリューションを設計したことです。

これは、これらのテクノロジーを、生産ラインの改造に時間とお金を投資することなく、高速クリップで大量に製造できることを意味します。 そうすれば、シリコンが実際にその可能性を提供して、より高速な充電と長距離のEVに近づけることができるかどうかを確認するのにそれほど長く待つ必要はありません。