Американские компании Group14 Technologies (поддерживается Porsche) и Sionic Energy объявили о крупном прорыве в области кремниевых анодов для литийионных аккумуляторов. Они разработали 100-процентно кремний-углеродный анод, полностью исключающий графит — традиционный материал, в основном производимый в Китае. Технология уже прошла испытания и готова к продажам. Новых линий для сборки аккумуляторов не нужно — всё работает на старых.

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Источник изображения: Group14 Technologies

Аноды накапливают заряд (электроны), и от них зависит ёмкость аккумуляторов, скорость заряда и масса (основной вес аккумулятора приходится на анод). Компания Group14 Technologies не новичок в разработке анодных материалов и уже поставляет их для производства опытных аккумуляторов, включая аноды с высоким содержанием кремния.

С кремнием были проблемы — электрод разбухал в процессе эксплуатации батарей, и это вело к деградации ёмкости. Новый анодный материал и сопутствующий ему электролит компании Sionic исправили эти недостатки, что подтверждено экспериментами. В частности, испытаны ячейки ёмкостью 4, 10 и 20 А·ч при эксплуатации с нагревом до 45 °C и 60 °C — иначе говоря, в достаточно опасных для литиевых элементов условиях.

Опытные батареи смогли показать энергоёмкость до 400 Вт·ч/кг (против обычных 200–300 Вт·ч/кг), выдерживали 1200 циклов заряда и заряжались менее чем за 10 минут. Фактически они смогли накапливать на 55 % больше энергии при той же массе, что и классические литиевые аккумуляторы. При этом они не требуют графита для изготовления анода — только кремний и углерод, что вычёркивает Китай из критической цепочки поставок сырья для выпуска аккумуляторов в США.

Повышенную ёмкость легко конвертировать в дальность пробега электромобилей, чем компания намерена заинтересовать производителей электрокаров. Она рассчитывает, что батареи с новым анодом появятся в электромобилях уже в 2026 году, а в 2027 году технологию возьмут на вооружение производители систем хранения энергии.

Впрочем, технология уже применяется в специальных проектах: в гиперкаре McMurtry Spéirling с батареей 100 кВт·ч и, вероятно, появится в Mercedes-Benz EQG (но от другого разработчика батарей — по технологии Sila). Таким образом, даже до появления хвалёных твердотельных батарей кремниевые аноды могут стать ближайшим крупным шагом в эволюции электромобильных аккумуляторов.

Японская компания TDK уже несколько лет работает над совершенствованием литиевых аккумуляторов с кремниевым анодом, и с лета текущего года собирается наладить выпуск третьего поколения таких батарей. Если первоначально использование кремниевых анодов обеспечивало увеличение плотности хранения заряда на 5 %, то теперь этот показатель вырос до 15 %.

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Источник изображения: Unsplash, Tyler Lastovich

Подразделение Amperex Technology в Гонконге, являющееся одним из крупнейших производителей аккумуляторов для мобильных устройств, батареи такого типа начало выпускать ещё в 2023 году. Тогда они обеспечивали преимущество в плотности хранения заряда в размере 5 %, но теперь его удалось увеличить до 15 %. Это позволило китайской компании Vivo оснастить свой смартфон X200 Pro аккумулятором ёмкостью 6000 мА·ч без увеличения массы и размеров относительно моделей, комплектуемых аккумуляторами ёмкостью 5000 мА·ч.

Потенциал использования батарей с кремниевыми анодами также осознаётся компаниями LG Energy Solution и Samsung SDI, которые разрабатывают их с прицелом на применение в электромобилях. TDK и ATL получают кремниевые аноды от американской компании Group14 Technologies, которая имеет в числе инвесторов немецкую Porsche AG, и также считает рынок электромобилей своим стратегическим направлением развития. Кремниевые аноды в составе тяговых аккумуляторов электромобилей позволяют сократить время зарядки с сорока до пяти минут. TDK остаётся единственной компанией, способной массово производить аккумуляторы с кремниевыми анодами. Это таит определённые риски для её клиентов, а также мешает им активно переходить на использование данного вида батарей.

Кремний при производстве анодов тяговых батарей использовать дешевле, чем графит, но первый из материалов из-за своей склонности к линейному расширению при зарядке аккумулятора создаёт риск его разрушения в ходе эксплуатации. Калифорнийский стартап Coreshell предлагает решить проблему за счёт использования кремния металлургического класса, обеспечив рост ёмкости LFP-аккумуляторов без увеличения их стоимости.

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Источник изображения: Unsplash, Priscilla Du Preez

Как отмечает TechCrunch, специалистам Coreshell пару лет назад удалось разработать покрытие для кремниевых анодов, которое сдерживает линейное расширение структур кремния при зарядке аккумуляторов, продлевая тем самым срок службы анодов. В сочетании с традиционным катодом на основе лития и фосфата железа (LFP) такие аноды позволяют создавать недорогие аккумуляторы с приемлемой плотностью хранения заряда, производство которых меньше зависит от минералов китайского происхождения. Для развития американской электромобильной промышленности это тоже весьма важный фактор, поскольку правительственная программа субсидирования продаж электромобилей отдаёт предпочтение транспортным средствам, чьи тяговые батареи используют меньше материалов из Китая.

Coreshell уже договорилась о поставке кремния металлургического класса с компанией Ferroglobe. Этот материал не так дорог, как кремний высокой степени очистки, а в удельном выражении для производства одной тяговой батареи его требуется меньше, чем графита для аккумулятора сопоставимой ёмкости. Всё это позволяет рассчитывать на снижение зависимости автомобильной промышленности США от импорта материалов из Китая, который контролирует три четверти мирового рынка графита.

Со следующего года Coreshell начнёт снабжать своими анодами производителей аккумуляторной мототехники, но со временем рассчитывает выйти и на рынок тяговых батарей для электромобилей, по крайней мере, к концу десятилетия. Первые образцы продукции Coreshell будут направлены клиентам в 2025 году.