Tsien kear mear opslachkapasiteit dan grafyt, it materiaal dat oant no ta brûkt waard yn lithium-ion-batterijen om it opladen te befoarderjen. Dit is de reden foar de projeksje fan it gebrûk fan silisium yn 'e kommende jierren, sawol yn 'smartphones' en apparaten as yn 'e anodes fan auto-batterijen (in sektor wêryn Volkswagen krekt de kommende bou fan in gigafactory yn Sagunto hat oankundige om batterijen te meitsjen foar elektryske auto's, mei in ferwachte generaasje fan 3.000 banen). En bedriuwen lykas Sila Nanotechnologies, yn 'e Feriene Steaten, hawwe it begjin fan' e produksje fan har earste batterij-ienheden mei dit mineraal befêstige.
Spanje hat ferskate ûndersykssintra dy't wurkje oan dit mineraal, it op ien nei meast oerfloedichste yn 'e ierdkoarste en tagonkliker dan grafyt (lykas yn in protte oare gefallen - bygelyks de 'seldsume ierden'-, mei Sineeske hegemony), sa't it oanwêzich is yn rotsen of sân, en ienris extracted, it kin begjinne syn nuttige libben syklus.
Dit is wat se dogge by Floatech, in spin-off fan IMDEA Materials (in ûndersyksynstitút ferbûn oan 'e Mienskip fan Madrid), mei-finansierd troch Juan José Vilatela en Richard Schäufele, diel fan' e Multifunctional Nanocomposites Group fan it ynstitút.
Hjoed en takomst
Vilatela, in fysike yngenieur fan 'e Universidad Iberoamericana de México en in doktoraat fan' e Universiteit fan Cambridge, markearret de essinsje fan it wurkjen mei dit materiaal: lykas de fermindering fan gewicht en grutte ".
As teken fan 'e ûndersiker rjochtet de ynnovaasje him op it ferfine fan it proses om ubiquitous te wêzen yn' e 'deugdsume site' gruttere produksje, legere priis ... mei it weromkommen fan duorsume produksje: "Silisium fereasket in proses fan transformaasje yn in apparaat, foar dy't by Floatech eliminaasje fan alle oplosmiddels en mingde proses, sadat de miljeu foetôfdruk wurdt fermindere ". In rûnlieding midden yn in ynvestearringsronde, mei it each op it bouwen fan de earste proeffabryk yn 2023 en yn 2025 in produkt klear te hawwen (se hawwe de stipe fan de European Research Council, út in projekt fan treflik ûndersyk).
Fansels, hoewol silisium wurdt laden mei foardielen, presintearret it wat ymperatyf, lykas it kreakjen troch de trochgeande feroaringen yn folume typysk foar it oplaad- en ûntlaadproses yn lithium-ion-batterijen. Yn dizze sin, Carmen Morant, heechlearaar tapaste natuerkunde oan 'e Autonome Universiteit fan Madrid, markearret it belang fan dit mineraal: "It is tige kânsryk as anodemateriaal foar lithiumbatterijen, om't it it elemint is mei de heechste spesifike-teoretyske kapasiteit. en tige oerfloedich yn 'e natuer. It kin tige wichtich wêze, bygelyks by de opslach fan duorsume enerzjy. Troch de enoarme folumefariaasjes dy't foarkomme by de yntroduksje/winning fan lithium yn silisium, wêrby't it materiaal oant fjouwer kear yn folume ferheget en ôfnimt, barst de anode, brekt en ferliest de batterij stabiliteit. Om dizze reden studearje wy hoe't jo it brûkbere libben fan dizze batterijen kinne fergrutsje troch it brûken fan materialen yn lytse dimensjes, lykas bygelyks tinne silisiumfilms en silisiumnanowires.
De oplossing wie in ymperatyf fysike stap, lykas Morant oanjout, "troch te wurkjen mei folle tinnere lagen silisium en fertikaal rjochte silisium nanowires te meitsjen. Om it te visualisearjen soe it wat wêze dat ferlykber is mei de piken fan in pine, tusken dy romten dy't tanimme yn folume kinne wurde ûnderbrocht tidens it laden-lossen prosessen. De spesjalist beklammet ek dat der twa soarten silisium binne op dit mêd: "it kristallijn (djoerder en net kommersjeel libbensfetber), en it amorfe, poreuzer en dat mei it ynbringen fan materialen 'dotearre' wurde kin, sadat it noch hieltyd mear conductive, dêr't wy ûndersiikje yn gearwurking mei de Deposited Silicon Devices Group, Photovoltaic Solar Energy Unit fan it CIEMAT (Centre for Energy, Environmental and Technological Research)".
Yn it gefal fan Marta Cabello, in postdoktoraal ûndersiker yn 'e ûndersyksgroep Cell Prototyping by CIC energiGUNE, markeart se hoe't de yndustry oant no ta heul lege hoemannichten silisium yn 'e anodes hat brûkt, tusken 5 en 8%. En it beljochtet de dielname fan 'e ynstelling oan it Jeropeeske projekt 3beLiEVe, "waans doel is om de posysje fan' e Jeropeeske batterij- en auto-yndustry te fersterkjen yn 'e takomstige merk foar elektryske auto's troch en levering fan' e earste generaasje batterijen. ûntworpen en produsearre yn Europa. Yn dit projekt wurdt de ynfiering fan silika yn it anodemateriaal ûndersocht.
Dizze ûntwikkeling fan it sintrum, lizzend yn it Álava Technology Park, waard foarôfgien troch de dielname oan in oar treflik Jeropeesk projekt Graphene Flagship Core 2, "wêr't ûndersyk waard útfierd op silisiumanodes kombineare mei grafeen, dy't dizze kombinaasje fan materialen wist te skaaljen foar har produksje massa".
Nije tiden
As gefolch fan duorsumens wiist Cabello derop dat de ferheging fan 'e enerzjytichtens fan' e batterij it mooglik makket om elektryske auto's te hawwen mei batterijen dy't mear kilometers oanbiede kinne om te besparjen op ien lading: yndustriële basis lithium-ion-batterijen yn silisiumanodes wurde fermindere ta in minimum, is dat de fabrikaazje en it proses fan dizze anodes wurdt útfierd yn wetterich medium, fuort fan 'e organyske solvents dy't gewoanlik brûkt wurde, dy't giftich binne en de feiligens fan batterijen ferminderje.
In oar hichtepunt is dat fan Ferroglobe, it Spaanske bedriuw, tegearre mei Little Electric Cars, selektearre yn it twadde pan-Jeropeeske ûndersyks- en ynnovaasjeprojekt (IPCEI) dat de heule weardeketen fan 'e batterij beslacht.
De wrâld syn liedende produsint fan silisium metaal en silisium-mangaan ferroalloys, it hat in wrâldwide klant basis yn fluch groeiende en dynamyske merken lykas sinne, automotive, konsumint produkten, bou en de enerzjy sektor, mei produksje planten yn Spanje, Frankryk, Noarwegen. , Súd-Afrika, de Feriene Steaten, Kanada, Argentynje en Sina (26 produksjesintra, mei 69 ovens wrâldwiid, en sawat 3400 meiwurkers wrâldwiid).
Yn har Ynnovaasje- en R&D-sintrum (yn Sabón, La Coruña), tegearre mei it metallurgyske silikafabryk, de ienige yn Spanje, hat Ferroglobe in strategysk ynnovaasjeplan lansearre foar de ûntwikkeling fan silisiumpoeder (mikrometrysk en nanometrysk) foar de anode fan lithium -ion batterijen. “It bedriuw (se wize op) wol oplossingen biede foar de hjoeddeiske útdaging foar de auto- en mobiliteitssektor, lykas it befoarderjen fan in oergong nei mear duorsume en klimaatneutrale technologyen. Yn dit ferbân binne batterijen in kaaitechnology foar dizze feroaring, mar it is needsaaklik om de levering fan 'e avansearre materialen te garandearjen dy't nedich binne om se te meitsjen. In ynternasjonaal senario wêryn silisium wurdt fêststeld as ien fan 'e essensjele materialen fan' e earste desennia om de relaasje tusken profitabiliteit en duorsumens te ferklearjen.
