Десет пъти по-голям капацитет за съхранение от графита, материалът, използван досега в литиево-йонните батерии за насърчаване на зареждането. Това е причината за прогнозирането на използването на силиций през следващите години, както в „смартфони” и устройства, така и в анодите на автомобилните батерии (сектор, в който Volkswagen току-що обяви предстоящото изграждане на гигафабрика в Сагунто за производство на батерии за електрически автомобили с очаквано генериране на 3.000 работни места). И компании като Sila Nanotechnologies в Съединените щати потвърдиха началото на производството на първите си батерии с този минерал.
Испания има няколко изследователски центъра, работещи върху този минерал, вторият най-разпространен в земната кора и по-достъпен от графита (както в много други случаи - например "редкоземните" - с китайска хегемония), тъй като присъства в скали или пясък и веднъж извлечен, може да започне своя жизнен цикъл.
Това правят във Floatech, отделен продукт от IMDEA Materials (изследователски институт към Общността на Мадрид), съфинансиран от Хуан Хосе Вилатела и Ричард Шойфеле, част от групата за мултифункционални нанокомпозити на института.
Настояще и бъдеще
Вилатела, физически инженер от Ибероамериканския университет в Мексико и докторска степен от университета в Кеймбридж, подчертава същността на работата с този материал: както и намаляването на теглото и размера”.
Като знак на изследователя, иновацията се фокусира върху усъвършенстването на процеса, за да бъде повсеместен в „добродетелния сайт“, по-голямо производство, по-ниска цена... с връщането на устойчивото производство: „Силиконът изисква процес на трансформация в уред, за което при Floatech премахва всички разтворители и процеса на смесване, така че отпечатъкът върху околната среда ще бъде намален”. Обиколка в средата на инвестиционен кръг с оглед изграждането на първата пилотна инсталация през 2023 г. и подготовката на продукта до 2025 г. (те са имали подкрепата на Европейския съвет за научни изследвания от проект за върхови постижения в изследванията).
Разбира се, въпреки че силицийът идва с предимства, той представлява някои императив, като например неговото напукване поради непрекъснатите промени в обема, типични за процеса на зареждане и разреждане в литиево-йонните батерии. В този смисъл Кармен Морант, професор по приложна физика в Автономния университет в Мадрид, подчертава значението на този минерал: „Той е много обещаващ като аноден материал за литиеви батерии, защото е елементът с най-висок специфично-теоретичен капацитет и много изобилна в природата. Може да бъде много важно, например, при съхранението на възобновяема енергия. Въпреки това, поради огромните вариации на обема, които възникват при въвеждането/екстракцията на литий в силиций, където материалът се увеличава и намалява по обем до четири пъти, анодът се напуква, счупва и батерията губи стабилност. Поради тази причина ние проучваме как да увеличим полезния живот на тези батерии чрез използване на материали с малки размери, като например тънки силициеви филми и силициеви нанопроводници.
Решението е наложителна физическа стъпка, както Морант посочва, „чрез работа с много по-тънки слоеве силиций и производство на вертикално подравнени силициеви нанопроводници. За да го визуализираме, това би било нещо подобно на шипове на болка, между онези пространства, които увеличават обема си, могат да се настанят по време на процесите на товарене-разтоварване”. Специалистът също така подчертава, че има два вида силиций в тази област: „кристалният (по-скъп и нерентабилен) и аморфният, по-порьозен и който може да бъде „легиран“ с въвеждането на материали, така че да е все още по-проводими, което ние изследваме в сътрудничество с Deposited Silicon Devices Group, фотоволтаичен блок за слънчева енергия на CIEMAT (Център за енергийни, екологични и технологични изследвания)“.
В случая с Марта Кабело, докторант в изследователската група за клетъчни прототипи в CIC energiGUNE, тя подчертава как досега индустрията е използвала много ниски количества силиций в анодите, между 5 и 8%. И подчертава участието на институцията в европейския проект 3beLiEVe, „чиято цел е да укрепи позицията на европейската акумулаторна и автомобилна индустрия в бъдещия пазар на електрически превозни средства чрез и доставка на първо поколение батерии, проектирани и произведени в Европа. В този проект се изследва въвеждането на силициев диоксид в анодния материал.
Това развитие на центъра, разположен в Технологичния парк Álava, беше предшествано от участието в друг изключителен европейски проект Graphene Flagship Core 2, „където бяха проведени изследвания върху силициеви аноди, комбинирани с графен, успявайки да мащабира тази комбинация от материали за своята производствена маса".
Нови времена
В резултат на устойчивостта Кабело посочва, че увеличаването на енергийната плътност на батерията ще направи възможно електрическите превозни средства с батерии, способни да предложат повече километри за спестяване с едно зареждане: индустриални литиево-йонни батерии в силициеви аноди са сведени до минимум, е, че производството и процесът на тези аноди се извършват във водна среда, далеч от обичайно използвани органични разтворители, които са токсични и намаляват безопасността на батериите“.
Друг акцент е този на Ferroglobe, испанската компания, заедно с Little Electric Cars, избрана във втория паневропейски изследователски и иновационен проект (IPCEI), който обхваща цялата верига на стойността на батерията.
Водещият световен производител на силициев метал и силициево-манганови феросплави, той има световна клиентска база на бързо развиващи се и динамични пазари като соларни, автомобилни, потребителски продукти, строителство и енергиен сектор, с производствени заводи в Испания, Франция, Норвегия , Южна Африка, Съединените щати, Канада, Аржентина и Китай (26 производствени центъра, с 69 фурни по целия свят и около 3400 служители по целия свят).
В своя център за иновации и научноизследователска и развойна дейност (в Сабон, Ла Коруня), заедно с металургичната фабрика за силициев диоксид, единствената в Испания, Ferroglobe стартира стратегически план за иновации за разработването на силициев прах (микрометричен и нанометричен) за литиев анод -йонни батерии. „Компанията (посочват те) иска да предостави решения на текущото предизвикателство, пред което е изправена автомобилната и мобилната индустрия, като насърчаване на преход към по-устойчиви и неутрални по отношение на климата технологии. В този контекст батериите са ключова технология за тази промяна, но е необходимо да се осигури доставка на модерни материали, необходими за тяхното производство”. Международен сценарий, в който силицийът се утвърждава като един от основните материали от първото десетилетие за изясняване на връзката между рентабилността и устойчивостта.
