Μετά από 12 χρόνια ανάπτυξης μια νέα κατηγορία τεχνολογίας μπαταριών που ενισχύει την αυτονομία φαίνεται ότι θα προωθηθεί άμεσα στη μαζική παραγωγή ηλεκτρικών οχημάτων. Η Sila, μια εταιρεία υλικών μπαταριών με έδρα τη Silicon Valley και χρηματοδότηση άνω των 930 εκατομμυρίων δολαρίων, λέει ότι έχει ολοκληρώσει μια διαδικασία μαζικής κατασκευής για τις πρώτες ανόδους με βάση το πυρίτιο.
Η εταιρεία αποκαλεί το νέο της υλικό Titan Silicon και βρίσκεται στα τελευταία στάδια πιστοποίησης με τις αυτοκινητοβιομηχανίες πριν ξεκινήσει η παραγωγή ενός νέου εργοστασίου στα τέλη του επόμενου έτους. Η Sila ισχυρίζεται ότι οι ανόδοι Titan θα αυξήσουν αμέσως τη μέγιστη εμβέλεια των ηλεκτρικών αυτοκινήτων κατά 20%.
Ο πρώτος πελάτης της είναι η Mercedes-Benz, η οποία θα χρησιμοποιεί ανόδους Titan στο EQG, την ηλεκτρική έκδοση της G-Class, ξεκινώντας από τις αρχές του 2025. Eνα πρωτότυπο μοντέλο έχει εντοπιστεί να δοκιμάζεται στην Αρκτική ενόψει του ντεμπούτου του off-roader τον επόμενο χρόνο.
H Sila ισχυρίζεται ότι θα είναι σε θέση να κατασκευάζει αρκετό υλικό για έως και 200.000 EV ετησίως έως το 2026 -και αρκετό για ένα εκατομμύριο οχήματα ετησίως έως το 2028.
Η Sila δεν είναι η μόνη εταιρεία στον αγώνα για τα δικαιώματα της ανόδου του πυριτίου. Η Tesla, της οποίας τα ηλεκτρικά μοντέλα αντιπροσωπεύουν τις μισές πωλήσεις ηλεκτρικών οχημάτων στις ΗΠΑ, μιλά δημόσια για την ανάπτυξη της δικής της ανόδου πυριτίου τουλάχιστον από το 2020.
Επίσης στο Σιάτλ, η Group14 Technologies έχει εξασφαλίσει 650 εκατομμύρια δολάρια και μια συμφωνία προμήθειας με την Porsche, ενώ η OneD Battery Sciences με έδρα το Πάλο Άλτο της Καλιφόρνια συνεργάζεται με τη General Motors. Επομένως δεν είναι ακόμα σαφές ποιος θα είναι πρώτος που θα αναβαθμίσει την τεχνολογία.
Από τότε που εφευρέθηκαν οι μπαταρίες ιόντων λιθίου, τη δεκαετία του 1980, οι άνοδοι κατασκευάζονται από γραφίτη, ο οποίος εξάγεται ή υποβάλλεται σε επεξεργασία σχεδόν εξ ολοκλήρου στην Κίνα.
Η άνοδος της μπαταρίας χρησιμεύει ως δεξαμενή για τα ιόντα λιθίου. Οταν η μπαταρία φορτίζεται, τα ιόντα γεμίζουν τα κενά μεταξύ των στρωμάτων γραφίτη. Οταν η μπαταρία αποφορτιστεί, τα ιόντα ρέουν προς την άλλη πλευρά της μπαταρίας, που ονομάζεται κάθοδος. Οι πιο πρόσφατες εξελίξεις στη χημεία των μπαταριών έχουν επιτευχθεί στην πλευρά της καθόδου.
Ο γραφίτης λειτουργεί καλά ως υλικό ανόδου αλλά έχει υπερβολικά πολύ βάρος και όγκο. Ορισμένες αυτοκινητοβιομηχανίες, συμπεριλαμβανομένης της Tesla, έχουν ήδη «ραντίσει» τις ανόδους με μικρές ποσότητες πυριτίου, το οποίο βοηθά μια κατά τα άλλα πανομοιότυπη μπαταρία να φορτίζεται πιο γρήγορα και να αποθηκεύει περισσότερη ενέργεια.
Αλλά το πρόβλημα με το πυρίτιο – μέχρι σήμερα αξεπέραστο – είναι ότι επεκτείνεται τρεις φορές σε μέγεθος καθώς η μπαταρία γεμίζει με ιόντα λιθίου. Ακόμη και σε χαμηλές συγκεντρώσεις πυριτίου, η διόγκωση μπορεί να υποβαθμίσει γρήγορα την μπαταρία. Οι μπαταρίες υψηλής τεχνολογίας σήμερα χρησιμοποιούν περίπου 5% πυρίτιο στο μείγμα.
Το κόλπο για να κατασκευάσει κανείς μπαταρίες με περισσότερη περιεκτικότητα σε πυρίτιο είναι να ανακαλύψει πώς να αποτρέψει τη διαστολή ενθυλακώνοντας τα σωματίδια πυριτίου σε κάποιο είδος δεσμευτικής δομής. Η τεχνολογία της Sila βασίζεται σε ένα κρηπίδωμα που μοιάζει με ελβετικό τυρί, περιβάλλει το πυρίτιο και του επιτρέπει να επεκταθεί στους πόρους της δομής χωρίς να καταστρέψει το εξωτερικό κέλυφος.
Οι μικροσκοπικές κάψουλες της Sila περιορίζουν την επέκταση σε μόλις 6%, σύμφωνα με την εταιρεία, μια επέκταση ανάλογη με του γραφίτη. Μετά από 1.100 κύκλους φόρτισης, που ισοδυναμούν σε σχεδόν 600.000 km η μπαταρία διατηρεί το 80% της αρχικής της χωρητικότητας.
Για τα πρώτα χρόνια της επιτάχυνσης της παραγωγής, το Titan θα πωλείται σε premium οχήματα με μπαταρίες μεγάλης εμβέλειας υψηλής τεχνολογίας. Μόλις οι άνοδοι με βάση το πυρίτιο φτάσουν στην πλήρη παραγωγή θα κοστίζουν σημαντικά λιγότερο από τον γραφίτη και αναμένεται ότι σύντομα θα κυριαρχήσουν.
Η Sila, που ιδρύθηκε το 2011, δοκίμασε περισσότερες από 70.000 παραλλαγές της φόρμουλάς της πριν καταλήξει στο Titan που, όπως ισχυρίζεται, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για 100% ανόδους πυριτίου και μερικές από τις πιο ενεργειακά πυκνές μπαταρίες που έχουν κατασκευαστεί ποτέ. Οι αυτοκινητοβιομηχανίες θα μπορούν να επιλέξουν την ποσότητα πυριτίου που θα χρησιμοποιήσουν στις μπαταρίες τους ανάλογα με τους στόχους τους για εμβέλεια και κόστος.
Γιαν παράδειγμα η Mercedes-Benz ανακοίνωσε ότι η επερχόμενη EQG θα έχει ενεργειακή πυκνότητα 800 watt/h ανά λίτρο μπαταρίας. Αυτό θα σημαίνει ότι θα παρέχει σχεδόν διπλάσια αυτονομία από ό,τι οι μπαταρίες ίδιου μεγέθους το 2020.
Ο κλάδος κινείται γρήγορα. Η Sila και η Group14 επιδοτήθηκαν με 100 εκατομμύρια δολάρια τον Οκτώβριο από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ για να επιταχύνουν την κατασκευή των εργοστασίων τους.
Θα πρέπει επίσης να υπάρχει επαρκής ζήτηση για μια ποικιλία προσεγγίσεων. Μόλις επιτευχθεί η ισοτιμία κόστους με τον γραφίτη, η υιοθέτηση των ανοδίων πυριτίου θα περιοριστεί μόνο από το πόσο γρήγορα μπορούν να παραχθούν.
Μέχρι το 2030, η Sila αναμένει ότι το ένα τρίτο των ηλεκτρικών οχημάτων στον κόσμο θα χρησιμοποιεί άνοδους με βάση το πυρίτιο. Μέχρι το 2035, όπως λέει χαρακτηριστικά, θα το κάνουν όλοι.
Διαβάστε ακόμη
Φίλιππος Φιλής: Η διατήρηση της ανταγωνιστικότητας, η μεγάλη πρόκληση για την ευρωπαϊκή ναυτιλία
Γιατί Stellantis και BMW καλούν την Panasonic