Dešimt kartų didesnė talpa nei grafitas – medžiaga, kuri iki šiol buvo naudojama ličio jonų akumuliatoriuose, kad būtų skatinamas įkrovimas. Dėl šios priežasties ateinančiais metais numatoma, kad silicis bus naudojamas tiek išmaniuosiuose telefonuose ir įrenginiuose, tiek automobilių akumuliatorių anoduose (sektoriuje, kuriame „Volkswagen“ ką tik paskelbė apie būsimą milžiniškos gamyklos Sagunto statybą, kuri gamins baterijas elektromobiliai, kuriuose numatoma 3.000 darbo vietų). Tokios kompanijos kaip „Sila Nanotechnologies“ Jungtinėse Valstijose patvirtino savo pirmųjų baterijų su šiuo mineralu gamybos pradžią.
Ispanijoje yra keli tyrimų centrai, dirbantys su šiuo mineralu, kuris yra antras pagal paplitimą plutoje ir labiau prieinamas nei grafitas (kaip ir daugeliu kitų atvejų, pavyzdžiui, „retųjų žemių“ su Kinijos hegemonija). uolienose ar smėlyje, o ištraukus gali prasidėti jo naudingo gyvavimo ciklas.
Tai jie daro „Floatech“, „IMDEA Materials“ (tyrimų institutas, priklausantis Madrido bendruomenei), kurį bendrai finansuoja Juanas José Vilatela ir Richardas Schäufele, instituto daugiafunkcinės nanokompozitų grupės dalis.
Dabartis ir ateitis
Vilatela, fizinis inžinierius iš Ibero-Amerikos universiteto Meksikoje ir gydytojas iš Kembridžo universiteto, pabrėžia darbo su šia medžiaga esmę: taip pat svorio ir dydžio mažinimą.
Kaip pažymi tyrėjas, inovacijos orientuotos į proceso tobulinimą, kad jis būtų visur paplitęs „dorybingoje vietoje“, didesnė gamyba, mažesnė kaina... su tvarios gamybos sugrįžimu: „Silicis reikalauja transformacijos į prietaisą procesą, kuriam Floatech. visų tirpiklių ir maišymo proceso pašalinimas, todėl sumažės ekologinis pėdsakas. Šiuo metu vyksta investicijų etapas, kurio tikslas – 2023 m. pastatyti pirmąją bandomąją gamyklą, o iki 2025 m. – paruošti produktą (juos parėmė Europos mokslinių tyrimų taryba, įgyvendinant aukščiausios kokybės mokslinių tyrimų projektą).
Žinoma, nors silicis turi privalumų, jis turi tam tikrų privalumų, pavyzdžiui, jo įtrūkimai dėl nuolatinių tūrio pokyčių, būdingų ličio jonų akumuliatorių įkrovimo ir iškrovimo procesams. Šia prasme Madrido autonominio universiteto taikomosios fizikos profesorė Carmen Morant pabrėžia šio mineralo svarbą: „Jis yra labai perspektyvus kaip ličio baterijų anodo medžiaga, nes tai yra didžiausios specifinės teorinės talpos elementas. ir labai gausu gamtoje. Tai gali būti labai svarbu, pavyzdžiui, kaupiant atsinaujinančią energiją. Tačiau dėl didžiulių tūrio svyravimų, atsirandančių įvedant / išgaunant ličio silicyje, kai medžiaga padidina ir sumažina savo tūrį iki keturių kartų, anodas įtrūksta, lūžta ir baterija praranda stabilumą. Todėl tiriame, kaip pratęsti šių baterijų tarnavimo laiką naudojant mažo dydžio medžiagas, tokias kaip, pavyzdžiui, ploni silicio lakštai ir silicio nanolaidai.
Sprendimas buvo būtinas fizinis žingsnis, kaip pabrėžia Morantas, „dirbant su daug plonesniais silicio sluoksniais ir gaminant vertikaliai išlygintus silicio nanolaidelius. Įsivaizduojant tai būtų kažkas panašaus į skausmo smaigalius, tarp tų erdvių, kurių tūris didėja pakrovimo-iškrovimo procesų metu. Specialistas taip pat pabrėžia, kad šioje srityje yra dviejų tipų silicis: „kristalinis (brangesnis ir komerciškai neperspektyvus) ir amorfinis, labiau porėtas ir kurį galima „leiruoti“ įdėjus medžiagų, kad yra vis dar laidesnis, kurį tiriame bendradarbiaudami su Deponuoto silicio įrenginių grupe, Ciemat (Energetikos, aplinkos ir technologijų tyrimų centro) fotovoltinės saulės energijos padaliniu.
Marta Cabello, CIC energiGUNE ląstelių prototipų tyrimo grupės doktorantė, pabrėžia, kad iki šiol pramonė anoduose naudojo labai mažą silicio kiekį – nuo 5 iki 8%. Taip pat pabrėžiamas institucijos dalyvavimas Europos projekte „3beLiEVe“, „kurio tikslas yra sustiprinti Europos akumuliatorių ir automobilių pramonės pozicijas ateities elektromobilių rinkoje tiekiant pirmosios kartos akumuliatorius, sukurtus ir pagamintus Europoje. Šis projektas tiria silicio dioksido įvedimą į anodo medžiagą.
Prieš šį centro, esančio Álava technologijų parke, plėtrą buvo pradėtas dalyvauti kitame garsiame europiniame projekte „Graphene Flagship Core 2“, „kurio metu buvo atlikti silicio anodų, sujungtų su grafenu, tyrimai, siekiant pritaikyti šį medžiagų derinį masinei gamybai. “.
Naujieji laikai
Dėl tvarumo Cabello pabrėžia, kad padidėjus akumuliatoriaus energijos tankiui, bus galima turėti elektrinių transporto priemonių su baterijomis, kurios vienu įkrovimu gali sutaupyti daugiau kilometrų: pramoninės ličio jonų baterijos, kurių pagrindą sudaro silicio anodai. sumažinamos iki minimumo, yra tai, kad šių anodų gamyba ir apdirbimas vykdomas vandeninėje terpėje, atsitraukiant nuo dažniausiai naudojamų organinių tirpiklių, kurie yra toksiški ir mažina baterijų saugumą.
Kitas atskyrimas – Ispanijos bendrovė „Ferroglobe“ kartu su „Little Electric Cars“, atrinkta pagal antrąjį visos Europos tyrimų ir inovacijų projektą (IPCEI), apimantį visą akumuliatorių vertės grandinę.
Pirmaujanti pasaulinė silicio metalo ir silicio-mangano ferolydinių gamintoja, ji turi pasaulinę klientų bazę dinamiškose ir sparčiai augančiose rinkose, pavyzdžiui, saulės energijos, automobilių, plataus vartojimo prekių, statybos ir energetikos, gamybos gamyklas Ispanijoje, Prancūzijoje, Norvegijoje, Pietų Afrika, JAV, Kanada, Argentina ir Kinija (26 gamybos centrai, 69 krosnys visame pasaulyje ir apie 3400 darbuotojų visame pasaulyje).
Savo Inovacijų ir tyrimų ir plėtros centre (Sabone, La Coruña) kartu su silicio metalurgijos gamykla, vienintele Ispanijoje, Ferroglobe pradėjo strateginį inovacijų planą, skirtą silicio miltelių (mikrometrinių ir nanometrinių) kūrimui ličio anodui. jonų baterijos. „Bendrovė (jie nurodo) nori pasiūlyti sprendimus, kaip spręsti dabartinius iššūkius, su kuriais susiduria automobilių ir mobilumo pramonė, pavyzdžiui, skatinti perėjimą prie tvaresnių ir klimatui neutralesnių technologijų. Šiame kontekste baterijos yra pagrindinė šio pokyčio technologija, tačiau būtina užtikrinti pažangių medžiagų, reikalingų joms gaminti, tiekimą. Tarptautinis scenarijus, kuriame silicis laikomas viena iš esminių pirmojo dešimtmečio medžiagų, siekiant išsiaiškinti pelningumo ir tvarumo ryšį.
