นักวิจัยที่รวดเร็วเพื่อกระตุ้นความเป็นไปได้ทั้งหมดของซิลิคอนในแบตเตอรี่

ความจุในการจัดเก็บมากกว่ากราไฟต์ถึงสิบเท่า ซึ่งเป็นวัสดุที่ใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจนถึงขณะนี้เพื่อส่งเสริมการชาร์จ นี่คือเหตุผลสำหรับการคาดการณ์การใช้ซิลิคอนในปีต่อๆ ไป ทั้งใน 'สมาร์ทโฟน' และอุปกรณ์ต่างๆ รวมถึงขั้วบวกของแบตเตอรี่รถยนต์ (ภาคที่ Volkswagen เพิ่งประกาศการก่อสร้างโรงงานขนาดยักษ์ใน Sagunto เพื่อผลิตแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า โดยคาดว่าจะมีการจ้างงาน 3.000 รุ่น) และบริษัทต่างๆ เช่น Sila Nanotechnology ในสหรัฐอเมริกา ได้ยืนยันการเริ่มต้นการผลิตแบตเตอรี่ชุดแรกของพวกเขาด้วยแร่ธาตุนี้

สเปนมีศูนย์วิจัยหลายแห่งที่ทำงานเกี่ยวกับแร่นี้ ซึ่งมีมากเป็นอันดับสองในเปลือกโลกและเข้าถึงได้ง่ายกว่ากราไฟต์ (เช่นในกรณีอื่นๆ เช่น 'แร่หายาก'- กับอำนาจของจีน) เนื่องจากมีอยู่ใน หินหรือทราย และเมื่อดึงออกมาแล้ว ก็สามารถเริ่มวงจรชีวิตที่มีประโยชน์ได้

นี่คือสิ่งที่พวกเขาทำที่ Floatech ซึ่งเป็นการแยกตัวของ IMDEA Materials (สถาบันวิจัยที่สังกัดชุมชนมาดริด) ร่วมทุนโดย Juan José Vilatela และ Richard Schäufele ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่ม Multifunctional Nanocomposites ของสถาบัน

ปัจจุบันและอนาคต

Vilatela วิศวกรทางกายภาพจาก Universidad Iberoamericana de México และปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ เน้นย้ำถึงแก่นแท้ของการทำงานกับวัสดุนี้: เช่นเดียวกับการลดน้ำหนักและขนาด”

ในฐานะที่เป็นสัญลักษณ์ของนักวิจัย นวัตกรรมมุ่งเน้นไปที่การปรับแต่งกระบวนการให้แพร่หลายใน 'ไซต์ที่ดี' การผลิตที่มากขึ้น ราคาที่ต่ำกว่า... ด้วยการกลับมาของการผลิตที่ยั่งยืน: "ซิลิกอนต้องการกระบวนการแปรรูปเป็นเครื่องใช้สำหรับ ซึ่งในการขจัดตัวทำละลายและกระบวนการผสมทั้งหมดออกจาก Floatech ดังนั้นการปล่อยมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมจะลดลง” ทัวร์กลางการลงทุนเพื่อสร้างโรงงานนำร่องแห่งแรกในปี 2023 และมีสินค้าพร้อมภายในปี 2025 (ได้รับการสนับสนุนจาก European Research Council จากโครงการวิจัยที่เป็นเลิศ)

แน่นอน แม้ว่าซิลิกอนจะมาพร้อมกับข้อดี แต่ก็มีความจำเป็นบางอย่าง เช่น การแตกร้าวเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องของปริมาตรตามแบบฉบับของกระบวนการชาร์จและการคายประจุในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ในแง่นี้ Carmen Morant ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ประยุกต์ที่มหาวิทยาลัยอิสระแห่งมาดริด ได้เน้นย้ำถึงความสำคัญของแร่ธาตุนี้ว่า "มันเป็นวัสดุที่เป็นแอโนดสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม เนื่องจากเป็นองค์ประกอบที่มีความจุตามทฤษฎีจำเพาะสูงสุด" และอุดมสมบูรณ์มากในธรรมชาติ อาจมีความสำคัญมาก เช่น ในการจัดเก็บพลังงานหมุนเวียน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการแปรผันของปริมาณมากที่เกิดขึ้นในการแนะนำ/สกัดลิเธียมในซิลิคอน ซึ่งวัสดุเพิ่มขึ้นและลดระดับเสียงได้ถึงสี่เท่า แอโนดแตก แตก และแบตเตอรี่สูญเสียความเสถียร ด้วยเหตุผลนี้ เรากำลังศึกษาวิธีเพิ่มอายุการใช้งานของแบตเตอรี่โดยใช้วัสดุที่มีขนาดเล็ก เช่น ฟิล์มซิลิกอนบางและสายนาโนซิลิกอน”

การแก้ปัญหาเป็นขั้นตอนทางกายภาพที่จำเป็น เนื่องจาก Morant ชี้ให้เห็น "โดยการทำงานกับชั้นซิลิคอนที่บางกว่ามาก และสร้างเส้นสายนาโนซิลิคอนในแนวตั้ง เพื่อให้เห็นภาพ มันจะเป็นอะไรที่คล้ายกับความเจ็บปวด ระหว่างช่องว่างที่เพิ่มปริมาณขึ้นได้ในระหว่างกระบวนการขนถ่าย” ผู้เชี่ยวชาญยังเน้นอีกว่าในสาขานี้มีสองประเภทของซิลิกอน: "ผลึก (มีราคาแพงกว่าและไม่มีศักยภาพในเชิงพาณิชย์) และอสัณฐานมีรูพรุนมากขึ้นและสามารถ 'เจือ' ด้วยการแนะนำวัสดุเพื่อให้ยังคง นำไฟฟ้าได้มากขึ้น ซึ่งเรากำลังตรวจสอบร่วมกับกลุ่มอุปกรณ์ซิลิคอนฝาก (Deposited Silicon Devices Group) หน่วยพลังงานแสงอาทิตย์แบบเซลล์แสงอาทิตย์ของ CIEMAT (ศูนย์วิจัยพลังงาน สิ่งแวดล้อม และเทคโนโลยี)”

ในกรณีของ Marta Cabello นักวิจัยดุษฎีบัณฑิตในกลุ่มวิจัย Cell Prototyping ที่ CIC energiGUNE เธอเน้นย้ำว่าอุตสาหกรรมนี้ใช้ซิลิคอนในปริมาณที่ต่ำมากในแอโนดได้อย่างไร ระหว่าง 5 ถึง 8% และเน้นย้ำถึงการมีส่วนร่วมของสถาบันในโครงการยุโรป 3beLiEVe “ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับตำแหน่งของแบตเตอรี่ยุโรปและอุตสาหกรรมยานยนต์ในตลาดอนาคตสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าผ่านและจัดหาแบตเตอรี่รุ่นแรกที่ออกแบบและผลิตในยุโรป ในโครงการนี้มีการตรวจสอบการนำซิลิกาในวัสดุแอโนดมาใช้

การพัฒนาศูนย์แห่งนี้ ซึ่งตั้งอยู่ใน Álava Technology Park นำหน้าด้วยการมีส่วนร่วมในโครงการ Graphene Flagship Core 2 ที่โดดเด่นของยุโรปอีกโครงการหนึ่ง "ซึ่งทำการวิจัยเกี่ยวกับซิลิกอนแอโนดร่วมกับกราฟีน การจัดการเพื่อปรับขนาดส่วนผสมของวัสดุสำหรับ มวลการผลิต".

เวลาใหม่

จากผลลัพธ์ของความยั่งยืน Cabello ชี้ให้เห็นว่าการเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่จะทำให้รถยนต์ไฟฟ้าที่มีแบตเตอรี่สามารถวิ่งได้ไกลขึ้นเพื่อประหยัดค่าใช้จ่ายในการชาร์จครั้งเดียว: แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฐานอุตสาหกรรมในซิลิกอนแอโนด ลดลงเหลือน้อยที่สุด คือ การผลิตและกระบวนการของแอโนดเหล่านี้ดำเนินการในตัวกลางที่เป็นน้ำ โดยอยู่ห่างจากตัวทำละลายอินทรีย์ที่ใช้กันทั่วไป ซึ่งเป็นพิษ และลดความปลอดภัยของแบตเตอรี่”

อีกหนึ่งไฮไลท์ของ Ferroglobe บริษัทสัญชาติสเปน ร่วมกับ Little Electric Cars ได้รับเลือกให้เข้าร่วมโครงการวิจัยและนวัตกรรมทั่วยุโรป (IPCEI) ครั้งที่สอง ซึ่งครอบคลุมห่วงโซ่คุณค่าแบตเตอรี่ทั้งหมด

เป็นผู้ผลิตชั้นนำของโลกสำหรับโลหะซิลิกอนและซิลิกอน-แมงกานีสเฟอโรอัลลอย มีฐานลูกค้าทั่วโลกในตลาดที่เติบโตอย่างรวดเร็วและมีพลวัต เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ ยานยนต์ สินค้าอุปโภคบริโภค การก่อสร้าง และพลังงาน โดยมีโรงงานผลิตในสเปน ฝรั่งเศส นอร์เวย์ แอฟริกาใต้ สหรัฐอเมริกา แคนาดา อาร์เจนตินา และจีน (ศูนย์การผลิต 26 แห่ง มีเตาเผา 69 แห่งทั่วโลก และพนักงานประมาณ 3400 คนทั่วโลก)

ที่ศูนย์นวัตกรรมและ R&D (ใน Sabón, La Coruña) พร้อมด้วยโรงงานโลหะซิลิกาแห่งเดียวในสเปน Ferroglobe ได้เปิดตัวแผนนวัตกรรมเชิงกลยุทธ์สำหรับการพัฒนาผงซิลิกอน (ไมโครเมตริกและนาโนเมตร) สำหรับขั้วบวกของลิเธียม -แบตเตอรี่ไอออน “บริษัท (พวกเขาชี้ให้เห็น) ต้องการนำเสนอโซลูชั่นสำหรับความท้าทายในปัจจุบันที่อุตสาหกรรมยานยนต์และยานยนต์กำลังเผชิญอยู่ เช่น การส่งเสริมการเปลี่ยนแปลงไปสู่เทคโนโลยีที่ยั่งยืนและเป็นกลางมากขึ้น ในบริบทนี้ แบตเตอรี่เป็นเทคโนโลยีหลักสำหรับการเปลี่ยนแปลงนี้ แต่จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการจัดหาวัสดุขั้นสูงที่จำเป็นในการผลิต” สถานการณ์ระหว่างประเทศที่ซิลิคอนถูกสร้างขึ้นให้เป็นหนึ่งในวัสดุสำคัญของทศวรรษแรกเพื่ออธิบายความสัมพันธ์ระหว่างการทำกำไรและความยั่งยืน