Ємність зберігання в десять разів більше, ніж у графіту, матеріалу, який дотепер використовувався в літій-іонних акумуляторах для сприяння зарядці. Це є причиною прогнозування використання кремнію в найближчі роки, як в «смартфонах» і пристроях, так і в анодах автомобільних акумуляторів (сектор, у якому Volkswagen щойно оголосив про майбутнє будівництво гігафабрики в Сагунто для виробництва акумуляторів для електромобілів, з очікуваним створенням 3.000 робочих місць). А такі компанії, як Sila Nanotechnologies у Сполучених Штатах, підтвердили початок виробництва своїх перших акумуляторних блоків із цим мінералом.
В Іспанії є кілька дослідницьких центрів, які працюють над цим мінералом, другим за поширеністю в земній корі і більш доступним, ніж графіт (як і в багатьох інших випадках - наприклад, "рідкісні землі" - з китайською гегемонією), оскільки він присутній у скелі або пісок, і після вилучення він може почати свій життєвий цикл.
Це те, що вони роблять у Floatech, допоміжному продукті IMDEA Materials (дослідницький інститут, приєднаний до Мадридської спільноти), який спільно фінансується Хуаном Хосе Вілателою та Річардом Шойфеле, частиною багатофункціональної групи нанокомпозитів інституту.
Сьогодення і майбутнє
Вілатела, інженер-фізик з Ібероамериканського університету Мексики та докторська ступінь з Кембриджського університету, підкреслює суть роботи з цим матеріалом: а також зменшення ваги та розміру».
На знак дослідника, інновація зосереджена на вдосконаленні процесу, щоб він був повсюдно поширеним на «добродійному місці», більшого виробництва, нижчої ціни... з поверненням сталого виробництва: «Кремній потребує процесу перетворення на прилад, оскільки що при Floatech виключає всі розчинники та процес змішування, тому вплив на навколишнє середовище буде зменшено». Екскурсія в середині інвестиційного раунду, з метою побудувати першу пілотну установку в 2023 році та підготувати продукт до 2025 року (їх підтримала Європейська дослідницька рада в рамках проекту передового досвіду в галузі досліджень).
Звичайно, хоча кремній має свої переваги, він має певну необхідність, наприклад, його розтріскування через безперервні зміни об’єму, характерні для процесу заряджання та розрядження в літій-іонних батареях. У цьому сенсі Кармен Морант, професор прикладної фізики Автономного університету Мадрида, підкреслює важливість цього мінералу: «Він дуже перспективний як анодний матеріал для літієвих батарей, оскільки це елемент з найвищою питомою теоретичною ємністю. і дуже багата в природі. Це може бути дуже важливим, наприклад, для зберігання відновлюваної енергії. Однак через величезні коливання об’єму, які виникають при введенні/видобутку літію в кремній, коли матеріал збільшується і зменшується в об’ємі до чотирьох разів, анод тріскається, ламається і батарея втрачає стабільність. З цієї причини ми вивчаємо, як збільшити термін служби цих батарей за рахунок використання матеріалів малих розмірів, таких як, наприклад, тонкі кремнієві плівки та кремнієві нанодроти».
Рішення було необхідним фізичним кроком, як зазначає Морант, «за допомогою роботи з набагато тоншими шарами кремнію та виготовлення вертикально вирівняних кремнієвих нанодротів. Для візуалізації це було б щось схоже на спайки болю, між тими просторами, які збільшуються в об’ємі, можна розмістити під час процесів навантаження-розвантаження». Фахівець також підкреслює, що в цій галузі існує два типи кремнію: «кристалічний (дорожчий і комерційно нежиттєздатний) і аморфний, більш пористий і який можна «легувати» за допомогою введення матеріалів, щоб він все ще залишався більш провідними, які ми досліджуємо у співпраці з Deposited Silicon Devices Group, фотоелектричним блоком сонячної енергії CIEMAT (Центр енергетичних, екологічних та технологічних досліджень)».
У випадку з Мартою Кабелло, докторантом у дослідницькій групі з прототипування клітин CIC energiGUNE, вона підкреслює, як до цих пір промисловість використовувала дуже низьку кількість кремнію в анодах, від 5 до 8%. І це підкреслює участь установи в європейському проекті 3beLiEVe, «метою якого є зміцнення позицій європейської акумуляторної та автомобільної промисловості на майбутньому ринку електромобілів за допомогою та постачання батарей першого покоління, розроблених і виготовлених у Європі. У цьому проекті досліджується введення кремнезему в матеріал анода.
Цьому розвитку центру, розташованому в Технопарку Álava, передувала участь в іншому видатному європейському проекті Graphene Flagship Core 2, «де проводилися дослідження кремнієвих анодів у поєднанні з графеном, що вдалося масштабувати цю комбінацію матеріалів для свого маса виробництва».
Новий час
У результаті стійкості, Кабелло зазначає, що збільшення щільності енергії акумулятора дозволить мати електромобілі з акумуляторами, здатними заощадити більше кілометрів на одному заряді: промислові літій-іонні батареї в кремнієвих анодах зведені до мінімуму, полягає в тому, що виробництво та обробка цих анодів здійснюється у водному середовищі, подалі від органічних розчинників, які зазвичай використовуються, які є токсичними та знижують безпеку батарей».
Ще одна особливість — іспанська компанія Ferroglobe разом із Little Electric Cars, відібраною у другому загальноєвропейському дослідницькому та інноваційному проекті (IPCEI), який охоплює весь ланцюжок вартості акумуляторів.
Провідний у світі виробник металевого кремнію та феросплавів кремнію і марганцю, він має світову клієнтську базу на швидкозростаючих і динамічних ринках, таких як сонячна, автомобільна, споживчі товари, будівництво та енергетичний сектор, з виробничими підприємствами в Іспанії, Франції, Норвегії. , Південна Африка, Сполучені Штати, Канада, Аргентина та Китай (26 виробничих центрів, 69 печей у всьому світі та близько 3400 співробітників по всьому світу).
У своєму центрі інновацій та досліджень і розробок (у Сабоні, Ла-Корунья), разом із єдиною в Іспанії металургійною фабрикою з кремнезему, Ferroglobe запустила стратегічний план інновацій щодо розробки кремнієвого порошку (мікрометричного та нанометричного) для анода літію. -іонні батареї. «Компанія (вони вказують) хоче надати рішення для поточних проблем, з якими стикається автомобільна індустрія та індустрія мобільності, наприклад, сприяти переходу до більш стійких та кліматично нейтральних технологій. У цьому контексті батареї є ключовою технологією для цієї зміни, але необхідно забезпечити постачання передових матеріалів, необхідних для їх виготовлення». Міжнародний сценарій, у якому кремній вважається одним із важливих матеріалів першого десятиліття для з’ясування взаємозв’язку між прибутковістю та стійкістю.
