Емкость в десять раз больше, чем у графита, материала, который до сих пор использовался в литий-ионных батареях для облегчения зарядки. Это причина прогноза использования кремния в ближайшие годы как в «смартфонах», так и в устройствах, а также в анодах автомобильных аккумуляторов (сектор, в котором Volkswagen только что объявил о предстоящем строительстве гигафабрики в Сагунто). для производства аккумуляторов для электромобилей с ожидаемым созданием 3.000 рабочих мест). А такие компании, как Sila Nanotechnologies в США, подтвердили начало производства своих первых аккумуляторных блоков с этим минералом.
В Испании есть несколько исследовательских центров, работающих над этим минералом, вторым по распространенности в земной коре и более доступным, чем графит (как и во многих других случаях — например, «редкоземельных элементов» — при китайской гегемонии), поскольку он присутствует в камни или песок, и после извлечения он может начать свой полезный жизненный цикл.
Это то, что они делают во Floatech, дочерней компании IMDEA Materials (исследовательский институт, присоединенный к Мадридскому сообществу), совместно финансируемой Хуаном Хосе Вилателой и Ричардом Шойфеле, частью многофункциональной группы нанокомпозитов института.
Настоящее и будущее
Вилатела, инженер-физик из Ибероамериканского университета Мексики и докторант Кембриджского университета, подчеркивает суть работы с этим материалом, а также уменьшение веса и размера».
По словам исследователя, инновация направлена на совершенствование процесса, чтобы он стал повсеместным в «благотворном месте»: большее производство, более низкая цена ... с возвратом к устойчивому производству: «Кремний требует процесса преобразования в устройство, для что на Floatech исключаются все растворители и процесс смешивания, поэтому воздействие на окружающую среду будет уменьшено». Тур в середине инвестиционного раунда с целью построить первый пилотный завод в 2023 году и получить готовый продукт к 2025 году (они получили поддержку Европейского исследовательского совета в рамках проекта передового опыта в области исследований).
Конечно, несмотря на то, что кремний поставляется со множеством преимуществ, он представляет собой некую необходимость, например, его растрескивание из-за непрерывных изменений объема, типичных для процесса зарядки и разрядки в литий-ионных батареях. В этом смысле Кармен Морант, профессор прикладной физики Автономного университета Мадрида, подчеркивает важность этого минерала: «Он очень перспективен в качестве анодного материала для литиевых батарей, потому что это элемент с самой высокой удельной теоретической емкостью. и очень многочисленны в природе. Это может быть очень важно, например, при хранении возобновляемых источников энергии. Однако из-за огромных колебаний объема, возникающих при введении/извлечении лития из кремния, когда материал увеличивается и уменьшается в объеме до четырех раз, анод трескается, ломается и батарея теряет стабильность. По этой причине мы изучаем, как увеличить срок службы этих батарей за счет использования материалов малых размеров, таких как, например, тонкие кремниевые пленки и кремниевые нанопровода».
Решение было необходимым физическим шагом, как указывает Морант, «путем работы с гораздо более тонкими слоями кремния и изготовления вертикально ориентированных кремниевых нанопроводов. Визуализируя это, это было бы нечто похожее на шипы боли, между теми пространствами, которые могут увеличиваться в объеме при процессах загрузки-разгрузки». Специалист также подчеркивает, что в этой области существует два типа кремния: «кристаллический (более дорогой и нерентабельный) и аморфный, более пористый, который можно «легировать» введением материалов, чтобы он оставался более проводящий, что мы изучаем в сотрудничестве с Группой устройств на основе депонированного кремния, подразделением фотоэлектрической солнечной энергии CIEMAT (Центр энергетических, экологических и технологических исследований)».
В случае с Мартой Кабельо, исследователем с докторской степенью в исследовательской группе Cell Prototyping в CIC energiGUNE, она подчеркивает, что до сих пор в промышленности использовалось очень мало кремния в анодах, от 5 до 8%. И это подчеркивает участие учреждения в европейском проекте 3beLiEVe, «целью которого является укрепление позиций европейской аккумуляторной и автомобильной промышленности на будущем рынке электромобилей посредством и поставкой аккумуляторов первого поколения, разработанных и произведенных в Европе. В этом проекте исследуется введение кремнезема в материал анода.
Этому развитию центра, расположенного в технопарке Алава, предшествовало участие в другом выдающемся европейском проекте Graphene Flagship Core 2, «где проводились исследования кремниевых анодов в сочетании с графеном, сумев масштабировать эту комбинацию материалов для своей производственная масса».
Новые времена
Кабельо отмечает, что в результате устойчивости увеличение плотности энергии батареи позволит иметь электромобили с батареями, способными предложить больше километров, чтобы сэкономить на одной зарядке: литий-ионные батареи промышленного назначения с кремниевыми анодами. сведены к минимуму, заключается в том, что производство и обработка этих анодов осуществляется в водной среде, вдали от обычно используемых органических растворителей, которые токсичны и снижают безопасность батарей».
Еще одним важным событием является то, что испанская компания Ferroglobe вместе с Little Electric Cars была выбрана во втором общеевропейском исследовательском и инновационном проекте (IPCEI), который охватывает всю цепочку создания стоимости аккумуляторов.
Ведущий мировой производитель металлического кремния и кремний-марганцевых ферросплавов, он имеет клиентскую базу по всему миру на динамичных и быстрорастущих рынках, таких как солнечная энергия, автомобилестроение, потребительские товары, строительство и энергетика, с заводами в Испании, Франции, Норвегии. , Южная Африка, США, Канада, Аргентина и Китай (26 производственных центров, 69 печей по всему миру и около 3400 сотрудников по всему миру).
В своем Центре инноваций и исследований и разработок (в Сабоне, Ла-Корунья) вместе с металлургическим заводом по производству кремнезема, единственным в Испании, компания Ferroglobe запустила стратегический план инноваций по разработке кремниевого порошка (микрометрического и нанометрового размера) для литиевого анода. -ионные аккумуляторы. «Компания (они отмечают) хочет предоставить решения для текущих задач, стоящих перед автомобильной промышленностью и индустрией мобильности, таких как содействие переходу на более устойчивые и климатически нейтральные технологии. В этом контексте батареи являются ключевой технологией для этого изменения, но необходимо обеспечить поставку передовых материалов, необходимых для их производства». Международный сценарий, в котором кремний считается одним из основных материалов первого десятилетия, чтобы прояснить взаимосвязь между прибыльностью и устойчивостью.
