Desaťkrát väčšia úložná kapacita ako grafit, materiál používaný doteraz v lítium-iónových batériách na podporu nabíjania. To je dôvod, prečo sa v najbližších rokoch predpokladá použitie kremíka v „smartfónoch“ a zariadeniach, ako aj v anódach autobatérií (odvetvie, v ktorom Volkswagen práve oznámil nadchádzajúcu výstavbu gigatovárne v Sagunte, aby výroba batérií pre elektromobily s očakávanou tvorbou 3.000 XNUMX pracovných miest). A spoločnosti ako Sila Nanotechnologies v Spojených štátoch potvrdili začiatok výroby svojich prvých batériových jednotiek s týmto minerálom.
Španielsko má niekoľko výskumných centier, ktoré sa zaoberajú týmto minerálom, druhým najrozšírenejším v zemskej kôre a dostupnejším ako grafit (ako v mnohých iných prípadoch – napríklad „vzácne zeminy“ – s čínskou hegemóniou), keďže je prítomný v kamene alebo piesok a po vyťažení môže začať svoj užitočný životný cyklus.
To je to, čo robia vo Floatech, oddelení od IMDEA Materials (výskumný ústav pridružený k Madridskej komunite), spolufinancovaný Juanom Josém Vilatelom a Richardom Schäufeleom, súčasťou skupiny multifunkčných nanokompozitov inštitútu.
Súčasnosť a budúcnosť
Vilatela, fyzikálny inžinier z Universidad Iberoamericana de México a doktorát z University of Cambridge, vyzdvihuje podstatu práce s týmto materiálom: ako aj zníženie hmotnosti a veľkosti“.
Ako znak výskumníka sa inovácia zameriava na zdokonaľovanie procesu tak, aby bol všadeprítomný v „ctnostnom mieste“, väčšia výroba, nižšia cena... s návratom udržateľnej výroby: „Kremík si vyžaduje proces premeny na spotrebič. ktorý vo Floatech eliminuje všetky rozpúšťadlá a proces miešania, takže ekologická stopa sa zníži“. Prehliadka uprostred investičného kola s cieľom postaviť prvý pilotný závod v roku 2023 a mať pripravený produkt do roku 2025 (mali podporu Európskej rady pre výskum z projektu excelentnosti vo výskume).
Samozrejme, aj keď má kremík množstvo výhod, predstavuje určitú nevyhnutnosť, ako je jeho praskanie v dôsledku neustálych zmien objemu typických pre proces nabíjania a vybíjania v lítium-iónových batériách. V tomto zmysle Carmen Morant, profesorka aplikovanej fyziky na Autonómnej univerzite v Madride, vyzdvihuje dôležitosť tohto minerálu: „Je veľmi sľubný ako anódový materiál pre lítiové batérie, pretože je to prvok s najvyššou špecificko-teoretickou kapacitou. a v prírode veľmi hojný. Mohlo by to byť veľmi dôležité napríklad pri skladovaní obnoviteľných energií. Avšak v dôsledku obrovských objemových variácií, ktoré sa vyskytujú pri zavádzaní/extrakcii lítia v kremíku, kde sa objem materiálu zväčšuje a zmenšuje až štyrikrát, anóda praská, láme sa a batéria stráca stabilitu. Z tohto dôvodu študujeme, ako zvýšiť životnosť týchto batérií pomocou materiálov malých rozmerov, ako sú napríklad tenké silikónové filmy a kremíkové nanovlákna.
Riešenie bolo nevyhnutným fyzickým krokom, ako zdôrazňuje Morant, „pracovaním s oveľa tenšími vrstvami kremíka a výrobou vertikálne zarovnaných kremíkových nanodrôtov. Aby sme si to predstavili, bolo by to niečo podobné ako bodky bolesti, medzi tými priestormi, ktoré zväčšujú objem, sa môžu zmestiť počas procesov nakladania a vykladania“. Špecialista tiež zdôrazňuje, že v tejto oblasti existujú dva typy kremíka: „kryštalický (drahší a komerčne nerealizovateľný) a amorfný, poréznejší a ktorý môže byť „dopovaný“ zavedením materiálov, takže je stále viac vodivé, čo skúmame v spolupráci so skupinou Deposited Silicon Devices Group, jednotkou fotovoltaickej solárnej energie CIEMAT (Centrum pre energetický, environmentálny a technologický výskum).
V prípade Marty Cabello, postdoktorandskej výskumníčky vo výskumnej skupine Cell Prototyping v CIC energiGUNE, zdôrazňuje, ako až doteraz priemysel používal veľmi nízke množstvá kremíka v anódach, medzi 5 a 8 %. A vyzdvihuje účasť inštitúcie na európskom projekte 3beLiEVe, „ktorého cieľom je posilniť pozíciu európskeho batériového a automobilového priemyslu na budúcom trhu s elektrickými vozidlami prostredníctvom a dodávkou batérií prvej generácie, navrhnutých a vyrobených v Európe. V tomto projekte sa skúma zavedenie oxidu kremičitého do materiálu anódy.
Tomuto vývoju centra, ktoré sa nachádza v Technologickom parku Álava, predchádzala účasť na ďalšom výnimočnom európskom projekte Graphene Flagship Core 2, „kde sa uskutočnil výskum kremíkových anód kombinovaných s grafénom, čím sa podarilo škálovať túto kombináciu materiálov pre jej výrobná hmotnosť“.
Nové časy
V dôsledku trvalej udržateľnosti Cabello poukazuje na to, že zvýšenie hustoty energie batérie umožní mať elektrické vozidlá s batériami, ktoré dokážu ušetriť viac kilometrov na jedno nabitie: lítium-iónové batérie priemyselnej základne v silikónových anódach sú redukované na minimum, spočíva v tom, že výroba a proces týchto anód sa vykonáva vo vodnom prostredí, mimo bežne používaných organických rozpúšťadiel, ktoré sú toxické a znižujú bezpečnosť batérií“.
Ďalším vrcholom je spoločnosť Ferroglobe, španielska spoločnosť, spolu s Little Electric Cars, ktorá bola vybraná v druhom celoeurópskom výskumnom a inovačnom projekte (IPCEI), ktorý pokrýva celý hodnotový reťazec batérií.
Popredný svetový výrobca kremíkových kovov a kremíkovo-mangánových ferozliatin má celosvetovú zákaznícku základňu na dynamických a rýchlo rastúcich trhoch, ako sú solárne, automobilové, spotrebné výrobky, stavebníctvo a energetika, s výrobnými závodmi v Španielsku, Francúzsku, Nórsku. , Južná Afrika, Spojené štáty americké, Kanada, Argentína a Čína (26 výrobných centier so 69 pecami po celom svete a približne 3400 XNUMX zamestnancami po celom svete) .
Vo svojom Innovation and R&D Center (v Sabón, La Coruña), spolu s továrňou na hutníctvo oxidu kremičitého, jedinou v Španielsku, Ferroglobe spustila strategický inovačný plán pre vývoj kremíkového prášku (mikrometrického a nanometrického) pre anódu lítia. -iónové batérie. „Spoločnosť (upozorňujú) chce poskytnúť riešenia súčasnej výzvy, ktorej čelí automobilový priemysel a priemysel mobility, ako je podpora prechodu na udržateľnejšie a klimaticky neutrálne technológie. V tejto súvislosti sú batérie kľúčovou technológiou pre túto zmenu, je však potrebné zabezpečiť prísun pokročilých materiálov potrebných na ich výrobu. Medzinárodný scenár, v ktorom je kremík etablovaný ako jeden zo základných materiálov prvého desaťročia na objasnenie vzťahu medzi ziskovosťou a udržateľnosťou.
