Kasi Silikoni Wakusoŵa Vici?

Silicon anodes ni vigaŵa vya mabatire apo silicon wakusintha panji kuwonjezera graphite ya chikhalidwe nga ni chinthu chakwamba cha kusunga lithium ions mu lithiamu -}ion mabatire. Silicon wakupereka nkhongono ya theoretical pafupifupi 3,600 kufika pa 4,200 mAh / g- pachoko waka nyengo 10 kuluska 372 mAh / g. Ici cikupangiska kuti silicon yiŵe yimoza mwa vinthu ivyo vikulayizga comene kuti viŵe na mabatire ghakulondezgapo ghakulondezgapo - mibadwo agho ghakupanga magalimoto gha magesi, mafoni ghamakono, na ndondomeko zakusungiramo nkhongono.

Chifukwa wuli Silicon Nkhani za Tekinoloje ya Battery

Kukankhira ku siliko kukufumira ku vipingo vyakuzirwa mu tekinoloje ya mabatire ghasono. Graphite anodes yafika pa msinkhu wawo wa kusambizga, kupanga botolo la mapulogalamu ghakukhumba nkhongono zapachanya na msinkhu utali.

Silicon yikulongosora ivi kwizira mu nthowa yapadera yakusungamo lithium. Each silicon atom can bond with up to 3.75 lithium atoms (forming Li₃.₇₅Si), compared to graphite where one lithium atom requires six carbon atoms (LiC₆). Atomiki iyi {{‐}}}lero yikung’anamura mwaluŵiro mu mabatire agho ghakusunga nkhongono zinandi mu buku limoza.

Ivyo vikuchitika pa malonda ni vyakuzirwa chomene. Pa magalimoto gha magesi, silikoni anodes yingapangiska kuti paŵe mtunda wa makilomita 500 kwambura kusazgirako kukura kwa mabatire. Kwa awo ŵakugula vinthu vya magesi, awo ŵakupanga vinthu ŵangapanga vipangizo vyakuwonda ivyo vikuŵa na umoyo utali. Msika uwo ukulongora kuti ungakwaniska: msika wa silicon anode wa pa charu chose ukafika pafupifupi $ 827 miliyoni mu 2024 ndipo ukuyowoyeka kuti uzamukura na $ 19.6 biliyoni mu 2033, uwo ukuyimira kukura kwa chiŵelengero cha kukura kwa chaka na chaka cha 42.1%.

Suzgo la Chigaŵa cha Voliyumu

Nkhongono ya Silicon yapachanya chomene yikwiza na suzgo lakukhumbikwa chomene la uinjiniya: kukura kwa mabuku ghakujumphizga pa nyengo yakulipira. Para lithium ions yikuŵikika mu silicon pa nyengo ya kuŵika magesi (ndondomeko iyo yikuchemeka kuti mtundu), silicon yikukura pafupifupi 300-400% ya buku lake lakwamba. Pakuyaniska, graphite yikukura pafupifupi 10% pera.

Kukuzga kukuru uku kukupangiska masuzgo. Kusuzgika kwa makina kukupangiska kuti viŵaro vya silikoni viphyoke na kuphaka, ndipo ivi vikupangiska kuti magesi ghakolerane pakati pa vinthu ivyo vikugwira ntchito na ivyo vikusonkheska sonosono apa. Mulimo uliwose- charge ukupanga mng'alu uphya, pachokopachoko wakupatulika vigaŵa vinandi vya silicon kufuma ku dera la magesi. Viyelezgero vya silicon anode vikataya nkhongono zawo zinandi mu vigaŵa 10 pera vyakulipira, ndipo ivi vikapangiska kuti ŵaleke kuguliskika.

Kukula kwakuwonjezeraso kukupangiskaso kuti electrolyte yiŵe yakukhora (SEI) -a layer yakuvikilira iyo yikupangika pa malo gha anode. Mu mabatire ghakumanyikwa gha graphite, SEI yikukhazikika pamanyuma pa mzere uchoko waka wakwamba. Na silicon, kukura kwakuwerezgawerezga na kukhoma nyengo zose kuphwanya na kusintha SEI, kurya lithium ions na electrolyte na mzere uliwose. Kafukufuku wakugwiriskira ncito X{{4}yezgere kusanthura kwakugaŵikana kukasanga kuti pafupifupi 35% ya carbonates iyo yikapangika mu SEI yikusungunuka pa nyengo ya kuseŵa, apo 17% ya lithiamu yikuzgoka nyengo zose mu vigaŵa vya silicon ivyo vyafumiskikapo pamanyuma pa mzere wakwamba pera.

Suzgo la kukuzga voliyumu lalongozga kafukufuku wa silicon anode kwa vyaka makumi ghaŵiri. Kwambura ndondomeko zakuchepeska zakuchepeska, uwemi wa silicon wakusambizga ukukhalilira kwambura kufikako ku mapulogalamu gha malonda.

Nthowa zakupanga injiniya za Silikoni zakusazgapo

Ŵakufufuza na makampani ŵali kupanga nthowa zakupambanapambana zakulongozgera kukura kwa voliyumu, ndipo chilichose chili na malonda ghakupambanapambana -Ŵanthu pakati pa kugwira ntchito, mtengo, na kupanga vinthu vyakusuzga.

vyakupangira ndondomeko

Kuchepeska silikoni sikelo kukura ku nanoscale kukupanga malo ghanandi gha pa charu chapasi na nthowa zifupi zakuthandazgika za lithiamu ions. Silicon nanoparticles (kaŵirikaŵiri 10-100 nanometers) yikukhala na kukura kwakukwana kuluska silicon ya bulk chifukwa mtundu ukugaŵira mwakuyana chomene mu mabuku ghachoko waka.

Silicon nanowires yikwimira nthowa yimoza yakupambanapambana ya nanostructure. Amprius Technologies yikapanga 100% silicon nanowire anodes awo ŵakukura mwakuyana na wakusonkheska wa sono. Nthowa iyi yikupangiska kuti nanowiwi waliyose wasazgireko radial kwambura kunjilirapo pa ŵazengezgani, kusunga magesi ghakulumika nyengo yose iyo ŵakukwera njinga. Amprius wakayowoya kuti nkhongono za 435 Wh / kg mu pulatifomu yawo ya SiCore, zikukwera chomene kuluska mabatire gha graphite ghakumanyikwa pa 250-280 Wh / kg.

Suzgo la nanostruction lili mu msinkhu wa kupanga na mtengo. Kupanga nanostructures yakuyana kukukhumbikwira ndondomeko zakumanyikwa chomene izo zikupangiska kuti ndalama zakupangira vinthu ziŵe zinandi chomene pakuyaniska na kupanga graphite yakumanyikwa.

Silicon{{0} Makomiti gha Makarbon

Kusazgirako sililin na vinthu vyakupangika na carbon kukuyimira nthowa ya malonda iyo yikukwaniska chomene sono. carbon matrix yikupereka nkhongono zakovwira, kusunga magesi, ndipo yikupanga malo ghambura kanthu agho ghakuzomerezga kukura kwa silikoni.

Gulu 14 Technologies wakapanga silicon-carbon commusite yakuchemeka SCC55 mwakugwiliskira ntchito chigaŵa cha scaffold cha mweneko. Porous carbon tislic yikukhala mu malo ghawo ghamukati, kupereka malo ghakusazgirako uku ŵakusunga kugomezgeka kwa kapangikiro. Ici cikupangiska kuti nkhongono zakukwera ziŵe zakukwana 50% pakuyaniska na vithuzithuzi vya graphite ndipo vikukwaniska 80% ya nkhongono zakulipira mu mphindi 5 pa nyengo ya kuyezgeka. Kuumaliro wa 2024, mafoni ghakujumpha 1 miliyoni ghakugwiriskira ncito tekinoloje ya Group14 ghakanjira mu msika kwizira mu mgwirizano na ŵakupanga nga ni Honor.

silikoni{0}}to -carbon ratio yikukhwaska chomene ntchito. Silicon wakucepa (5-15% na kulemera) wakuchepeska masuzgo ghakukura kweni wakupereka waka kusintha kwa nkhongono zakucepa. Silicon wakukwera (30-50%) wakupereka nkhongono ziwemi kweni wakukhumbikwira kuti waŵe na uinjiniya wakupangika mwaluso kuti walongozge kusuzgika kwa makina. Vinthu vya malonda vyasono kanandi vikugwiriskira ncito silicon 10-20% na kulemera, kulinganizga phindu la kugwira nchito pa ivyo vikukhumbikwa pa umoyo wa msinkhu wa msinkhu.

Nthowa zakupangira na Encapsulation

Ma coatings ghakuvikilira ghakupanga buffer pakati pa silicon vigaŵa na electrolyte, kukhazikika kwa SEI layer na kuchepeska nkhongono zakuzgeŵa. Vinthu vyakupangika na carbon vikuŵa vinandi chomene, kweni ma oxide gha visulo, ma polima, na graphene vikulongoraso layizgo.

Ŵakufufuza pa yunivesite ya Stanford ŵakalongora kuti silicon microparticles ŵakaŵikika mu vikomboli vya graphene ivyo vikukanizga kuphyoka na kusunga kugomezgeka kwa kapangikiro pa nyengo ya njinga. Dgraphene yikupereka nkhongono zakukhozga na SEI yakukhazikika. Vinthu ivi vikakwaniska nkhongono za pafupi na 3,300 mAh / g na umoyo uwemi chomene wakuzungulira pakuyaniska na silicon wambura kanthu.

Sila Nanotechnologicals yikugwiriskira ncito nthowa yakupambanapambana ya encapsulation na silicon nanoparticles iyo yikukhala mu mtundu wa carbon wakuthukira. Nthowa ya scaffold yikuzomerezga silicon kuti yisazgikire pa msinkhu wa vigaŵa uku yikukanizga electrode - msinkhu wa msinkhu. Sila wakwamba wa malonda wakayamba mu Whoop 4.0 maseŵero ghakukhozga thupi mu 2021, ndipo kampani iyi yakolerana na Mercedes-Benz kuti yisazgireko luso lake mu G-Class SUV pa 2026.

Electrolyte Adistisity

Kusintha kwa kemiko ya electrolyte kukupereka nthowa yinyake yakusinthira umo silicon anode yikugwilira ntchito kwambura kusintha kapangikiro ka vinthu ivyo vikugwira ntchito. Ivyo vyasazgikira nga ni fluoroethylene carbonate (FEC) na vinylene carbonate vikovwira pakupanga vigaŵa vyakukhazikika vya SEI ivyo vikukwaniska kusintha kwa voliyumu.

phosphate ya Lithium diphluum (bisoxalato) (LiDFBOP) yalongora layizgo likuru. Kafukufuku wakalongora kuti 2% DLFBBOP yakusazgapo yikupanga chigaŵa cha SEI chakusinthasintha chomene na kulekelera kwakukhora kwa silicon kukura. SEI iyo yasinthika yikovwira kuti lithium ion yiyenderenge, kuchepeska kusuzgika kwa mukati na kusunga kugomezgeka kwa vigaŵa vinyake kwizira mu njinga.

Mtundu wa Silicon Anode na Malemba

Malo ghakuguliskirapo vinthu gha malonda na ghakutukuka ghakuwira mu vigaŵa vinandi mwakuyana na silikoni na nthowa ya kapangikiro.

Low-Silicon Anodes (5-15% silicon):Vinthu ivi vikwimira kukhazikiska kwa silikoni kwakwamba kwa silikoni. Kuwonjezerapo vichoko waka vya silicon ku anodes ya graphite kukupereka 10-20% nkhongono zakusintha na kusokonezgeka pachoko waka ku ndondomeko zakupanga izo zilipo. Ŵanthu ŵanandi awo ŵakupanga mabatire kusazgapo Kanasonic na LG ŵali kuŵikamo vyakusazgako vya silicon vyakuchepa mu mabatire ghanyake gha magesi. Tesla wakakhozgera mu 2015 kuti mabatire gha Model S ghakaŵa na vyakusazgapo vya silicon ivyo vikasazgikira pafupifupi 6%.

Medium-Silicon Anodes (20-50% silicon):Chigaŵa ichi chikukhwaskana na phindu likuru la kugwira ntchito uku likusunga umoyo wakukwana wa mzere. Makampani nga ni Enive na NanoGraf ghakuŵika mtima pa mtundu uwu, kugwiriskira ncito nthowa zakupambanapambana zakupangira nanostructurering na nthowa zakupambanapambana. NanoGraf's silicon aloyi aloyi aloyi aloyi wakukhazikika vitsulo pa nyengo yakulipilira na kufumiska, ndipo ivi vikupangiska kuti chimoza mwa nkhongono za pa charu chose chapasi chiŵe na nkhongono chomene -dense 18650 lithium -}}}}}}.

High-Silicon Anodes (>70% silikoni):Mapangidwe agha ghakuŵika pakwamba nkhongono za nkhongono zakugwiriskira ncito apo kulemera na voliyumu ni vyakukanizga vyakuzirwa -aerospace, chitetezo, na vyapachanya -panji vya magesi gha ŵakugula. Amprius na Enovice ŵakulongozga chigaŵa ichi. Enovalex's 3D cell constructure na high high -silicon contents yikakwaniska kuphwanya kwa nkhongono za voliyumu izo zikuluska 900 Wh / L mu kapangidwe ka maselo ghawo gha EX-1M.

Silicon{{0), Mulimo Wakutemwa Munthu {-Nthowa zakuguliska:Chigaŵa chakuwoneka chikusazga silikoni anodes na electrolytes yakukhora m’malo mwa ma electrolytes gha maji. Nthowa yakukhozga -}4 yikuwuskapo nkhani zinandi zakukolerana za magesi izo zatondeska kukura kwa silicon anode. Kukolerana kwa 2021 pakati pa UC San Diego na LG Energy Solutions kukalongora kuti silicon anode yakukhora - state mabatire na 99.9% silicon na kulemera, kusunga nkhongono zakujumpha 80% pamanyuma pa 500 mzere. Sulfide wakukhora electrolte wakupanga mtundu wakukhazikika - plane interface na silicon iyo yikuzomerezga makora kukura kwa voliyumu kuluska ma electrolytes gha maji.

Kutukuka kwa Kutukuka kwa Malonda na Msika wa Msika .

Silicon anode luso likusintha kufuma ku kafukufuku wa labotale kuya ku kupanga malonda mu 2024-2025, ndipo makampani ghanandi ghakufika pa msinkhu wa kupanga.

Kupanga nkhongono

Nkhongono ya kupanga vinthu pa charu chose chapasi ya silikoni-Ŵanthu awo ŵakaŵa na vinthu vya anode ŵakajumpha 500 gigawatt-} maora ku umaliro wa 2024, kwimira 234% kuwonjezeka kufuma mu 2023. Kupima kwaluŵiro uku kukulongora kuti wakugomezga kukura kwa silicon anode malonda.

Sila Nanotechmologies wakuzenga malo gha 20 GWh ku Moses Lake, Washington, wakulindilira kuti wazamupanga vinthu vyakukwana vya anode vya magalimoto gha magesi 1 miliyoni pachaka para vikugwira ntchito mwakukwana. Pasono kampani iyi yikugwiliskira ntchito kampani yakuyezga ŵanthu ku Alameda, California, ndipo yikusanga mgwirizano na ŵakupanga magalimoto ŵakuru kusazgapo Mercedes-Benz na BMW.

Gulu 14 Technologies yikugwiliskira ntchito malo gha 10 GWh ku South Korea kwizira mu mgwirizano na SK Materials, ndipo kupanga kwakwamba kuumaliro wa 2024. Fakitare yachiŵiri ya kampani ya US (BAM-2) ku Moses Lake, Washington, yizamusazgirako nkhongono za 20 GWh. Gulu14 likayowoya kuti likupeleka vinthu vya SCC55 ku ŵanthu ŵakujumpha 100 awo ŵakupanga mabatire pa charu chose pa Seputembala 2024.

Amprius Technologies yikapima malo ghake gha Fremont, ku California kufuma ku kilowatt- hour kufika ku megawatt - maora gha nkhongono mu 2023. Kampani iyi yikasanga $ 20 miliyoni mu makontrakitala ya 40Ah high -performance cells, na kutumizgika kwamba mu 2024.

Mapulogani ghakugwiriskira ntchito

Ŵanthu ŵanandi awo ŵakupanga magalimoto ŵakujipeleka kupanga luso lwa silicon anode kuti ŵapangire magalimoto gha magesi agho ghakwiza. General Motors ŵakakolerana na OneD Battery Sciences kuti ŵasazgireko silicon nanowires mu maselo gha batiri gha GM gha Ultitum. Nthowa ya OneD yikuŵika silicon nanowires mu graphite powder, kuŵika 350 Wh / kg nkhongono za nkhongono na 80% ya magesi mu mphindi zapasi pa 10 pa mtengo wakusazgikira pasi pa $ 2 pa kilowatt- ora.

Porsche iyo yikaŵikika mu gulu la Group4 Technologies na mapulani ghakuŵikamo silicon -carbons anodes mu magalimoto gha magesi kwamba mu 2025. Mgwirizano uwu ukukhumba kupereka mabatire kwa 600,000 EVs pachaka para kupanga kwakukwana kwayamba.

Mercedes {{{llit}}Benz wakapharazga kuphatikizgika kwa silicon anode ya silicon anode mu G-Class SUV pa 2026, kulongora 10-15% kusintha kwa nkhongono za mabatire. Ici cikulondezgapo pa kupharazga kwa BMW pakwamba kwa mapulani ghakuyana waka.

Mu October 2024, POSCO Group yikamalizga kampani yakupanga vinthu vyakupangika na silicon anode ku Pohang, South Korea, ndipo yikaŵa na 550-ton pa chaka yikukwaniska kukhozgera magalimoto gha magesi 275,000. Malo agha ghakwimira ndondomeko ya POSCO yose ya kupanga anode anode, kufuma ku vinthu vyakupangika pakwamba m’paka pa kupanga vinthu vyakupangika na ŵanthu ŵaumaliro.

Munthu uyo ​​wakugula magesi

Vinthu vya magesi vyakuguliska vikapereka silicon anode luso lakwamba la msika wakukhumbikwa chomene chifukwa cha kukura kwa mabatire ghachoko na kulekelera mitengo yapachanya. The Whoop 4.0 tracker tracker, iyo yikakhazikiska mu Seputembala 2021, yikazgoka chinthu chakwamba cha unandi -} kugwiriskira ncito silicon anode vinthu vya silicon, kulongora 20% kuwonjezera umoyo wa batire mu mtundu umoza.

Honor's Magic7 Pro smartphone, iyo yikafumiskika kuumaliro wa 2024, yili na silikoni- carbon batire mwakugwiliskira nchito vinthu vya SCC55 vya Group14 na nkhongono zakukwana 5,850 mAh - pakwamba kuluska vipangizo vyakuyana waka mwakugwiliskira nchito vithuzithuzi vyakumanyikwa.

Mu May 2025, TDK Corporation yikapharazga kuti yizamuchitika mwaluŵiro chomene ({1}} batire la silicon anode batire ilo likuŵika chomene mtima pa vigaŵa vyapachanya vya pa foni yamakono - Ndipo pa foni yamakono. Kampani iyi yikukhumba kuphatikizga luso lwa silicon anode mu vipangizo vyakuzirwa chomene mu 2025-2026.

Nthowa zakuchitira vinthu na Malonda -Ŵanthu

Real{{0}tud silicon anode kugwira ntchito kukuvumbura vyose viŵiri viwemi na vipingo ivyo vyakhalako pakuyaniska na graphite serickation.

Nkhongono za Kusuzga

Vinthu vya silicon anode vya malonda vikulongora kuti nkhongono za 20-50% zikusintha pa msinkhu wa maselo, nangauli ivi vikusoŵa pa silicon’s the theoretical 10x uwemi wa 10x chifukwa cha kugwiriskira ncito kwakukhumbikwa kwa uinjiniya. Pulatifomu ya Amprius ya SiCore yikukwaniska nkhongono ya gravimetric ya 360-435 Wh / kg mwakuyana na kusintha, pakuyaniska na 250-280 Wh / kg ya maselo gha graphite ghapacanya. Kusintha kwa nkhongono za nkhongono za mtundu kufuma pa 30-50%, kupangiska kuti mabatire ghanandi ghaŵe na nkhongono zakuyana waka.

Malo ghakusuzga

Silicon anodes wakulongora kuti wakulongora kuti wali na mikhaliro ya luwiro - charging. Group14's SSCC55 vinthu vikakwaniska 80% mtundu wa charge mu mphindi 5 pa nyengo ya kuyezgeka na ŵakupanga mabatire. Mabatire gha Enevate ghakuchemeka elisicon-}odinant ghakalongora kuti 80% yikulipira pafupifupi mphindi 10 mu njinga za magesi gha Lightning Motorcycles, ndipo ivi vikaŵa pafupifupi makilomita 220.

Kulima kwakunozga kukufumira ku silicon's lithium kuthandazgika coefficient na vyakupangika na nanostructured ivyo vikuchepeska mtunda wakuthandazgika. Kweni, kucimbizga mwaluŵiro kukucimbizga nkhani zakukura kwa voliyumu, kukukhumbikwira kuti paŵe mtende pakati pa msinkhu wa kulipiliska na umoyo wa njinga.

Masuzgo gha umoyo

Umoyo wa cycle ukukhalilira kuŵa na silicon anodes kukanizga kwakwamba. Nangauli mabatire gha graphite ghakukwaniska nyengo zose 1,000-3,000 ghakuzungulira pambere ghandafike pa 80% ya kusunga nkhongono, mabatire gha silicon anode ghakuwoneska 300-1,000 mzere wakuthemba pa silicon na umo vikugwilira ntchito.

Vinthu vya silicon vyapachanya vikukolerana na kuchepeska umoyo wa msinkhu wa msinkhu. Amprius replations yikulongora kuti mabatire ghake ghakukwaniska msinkhu wa 300 pa msinkhu wose wa kufumiska, kweni umoyo wakuzungulira ukunozga chomene pa msinkhu wa kunyamuka kwa chigaŵa chimoza. Kugwira ntchito pa 30% kuzama kwakufumiskika m'malo mwa 100% kungawonjezera umoyo wa mzere na mzere wa mazana ghanandi.

Kuzindikira kwa nyengo yakuzizima kukukhwaskaso umoyo wa msinkhu. Silicon anodes wakuchita makora yayi pasi pa 0℃ndipo wakunangika mwaluŵiro kuluska 45℃pakuyaniska na graphite. Calendar aging- nkhongono ya kutaya pa nyengo ya kusungirako - ndondomeko mwaluŵiro mu mabatire gha silicon anode, nangauli vipangizo vyasonosono vyasintha chomene. Kafukufuku wa Argonne National Laborabource wakalongora kuti umoyo wa batire la silicon anode ukasintha kufuma pafupifupi chaka chimoza vyaka vinkhondi ivyo vyajumpha ku vithuzithuzi vya vyaka 5-10 na luso lwa sono.

Vinthu ivyo mungaghanaghanira vya chivikiliro

Nkhongono zapachanya zikuŵika nkhongono zinandi mu buku lakupelekeka, ndipo ivi vingapangiska kuti nkhongono za thermal rutaway ziŵe zinandi. Kuyezgeka kwa kampani ya uinjiniya kwapadera kukasanga kuti apo nkhongono ya silicon anode yikukura, ntheura ntheuraso thermal runaway cakuchitika chomene chifukwa cha nkhongono zapachanya. Ici cikupangiska kuti paŵe kapangilo ka batire la mabatire, ndipo likukhumbikwira kuti paŵe ndondomeko yakukhora comene ya thermal na ndondomeko zakuŵikamo.

Nthowa yakukhora ya- state silicon anode yingapereka vitumbiko vya chivikiliro. Ma electrolytes ghakukhora ghakuwuskapo electrolyte ya maji ghakugolera, ndipo ghakuchepeska chomene ngozi ya moto. Kweni, luso lakukhora- state likukumana na masuzgo ghake ghakupanga na mtengo agho ghachedwa kuguliska malonda ghanandi.

Vinthu vyakughanaghanira vya chuma na vyakupanga

Mtengo na kupanga vinthu vinyake vikupangiska kuti silicon anode yiŵe yakukhora chomene pa malonda gha tekinoloje nga ni umo ŵakuchitira.

Mtengo wa Vinthu

Silicon iyomwene njakuzakizgika ndipo njambura kudura -iti ni chinthu chachiŵiri icho chikumanyikwa chomene mu charu chapasi cha pa charu chapasi. Kweni, kupanga silincin batire batire batire-dero na kutowa kwakwenelera, kukura kwa vigaŵa, na kapangikiro kukusazgapo mtengo ukuru. Vinthu vya silikoni vyasonosono apa vikuguliska pafupifupi $ 20-50 pa kilogram pakuyaniska na $ 10-15 pa kilogram pa kilogalamu ya graphite.

Mtengo uwu wa mtengo ukuchepa pa msinkhu wa maselo. Pakuti silicon yikupereka nkhongono zapachanya pa gram, vinthu vichoko waka vikukhumbikwa kuti nkhongono ziŵe zakuyana waka. Makampani nga ni OneD Battery Sciences ghakuyowoya kuti silicon nanowire yakusazgirako yikuguliska pasi pa $ 2 pa kilowatt - ora pa msinkhu wa maselo - a kuwonjezeka pachoko mu mtengo wose wa batire.

Mtengo wa kupanga vinthu ukupambana chomene na nthowa. Silicon nanowires zikukhumbikwira nthunzi yapadera panji ndondomeko yakukura kwa kemiko iyo ni capital - intensive. Silicon {{33}carbon composites mwakugwiliskira nchito vyakusakanizga na vipangizo vyakumanyikwa vya kuphimba vingagwiriskira ncito vipangizo vyakupanga mabatire ivyo vilipo, kucepeskako ivyo vikukhumbikwa na kucimbizga ndalama na kuguliska mwaluŵiro.

Maungano ghakupangika na vinthu vinandi

Kukolerana na lith -}ion mizere yakupanga mabatire kukukhwaska chomene nyengo zakupokelera ŵalendo. Nthowa izo zikukhumbikwira kuti vipangizo viphya vyakupanga vinthu vikumane na nyengo yitali yakupanga vinthu ndiposo ndalama zinandi.

Low--} silicon contents composites zikukhira mu ndondomeko zakupanga izo zilipo na kusintha pachoko waka. Ŵanthu awo ŵakupanga mabatire ŵangasintha silicon -carbon kusakanizga kuti ŵasange graphite yakutowa mwakugwiliskira nchito vyakuvwara ivyo vilipo, kuŵika makale, na vipangizo vyakusonkhera maselo. Kukolerana uku kukulongosora chifukwa icho silicon - carbon composites na 10-30% silicon ivyo vili mukati vikufika pa msika mwaluŵiro kuluska silicon ya silicon panji silicon yakutowa.

Silikoni wakutowa na vinyake vyakupangika na ŵanthu ŵakupambanapambana vikukhumbikwira vipangizo vyapadera. Nthowa yakukura kwa nanowire ya Amprius yikugwiriskira ncito mizere yakupanga vinthu vyakupangika na ŵanthu awo ŵakukolerana yayi na kupanga lithiamu -ion. Nangauli ivi vikupangiska kuti paŵe vipingo vya mpikisano, kweni vikupangiskaso kuti paŵe mwaŵi wakukolerana na awo ŵakupanga mabatire ndipo vikuchedwa.

Kutukula Kutukula

Nthowa yakupelekera silicon anode yikuwonekera kweni yikulutilira kuŵa yakukhwima yayi kuluska nthowa zakupelekera anode ya graphite. Vinthu vinandi vya silicon vikulongosora vinthu ivyo vikusangika sonosono apa kufuma ku makampani ghapadera ghakwamba m’malo mwa kuguliska vinthu ivyo vikukhazikiska vinthu. Apo ŵanthu ŵakukhumba, makampani ghakale gha makemiko na vinthu vinyake ghakunjira mu msika.

Metallurgical- silicon-kupanga mu unandi ukuru wa mafakitale gha semiconductor na solar - kupereka kwakuchepa - mtengo wa chakurya cha feedstock. Coreshell, Bay Area startup, yikapokera mphoto ya $ 1 miliyoni pa 2024 Start-Kumapeto kwa World Cup chifukwa cha kupanga anodes ya silicon ya metallurgical ya magalimoto gha magesi, chomenechomene kulongosora vyakukanizga mtengo. Nthowa yawo yikugwiriskira ncito silicon ya metallurgical iyo yikusangika mu caru mu malonda gha malonda gha {{ - scale 60 Ah, ndipo ici cingapangiska kuti kuthemba pa unyolo wa silicon wakutozga kuŵe kwakutowa.

Anodes ya Silicon na Lithium-Ion Mabatiri gha Maloto

Kuti tipulikiske chifukwa icho silicon anodes yikwimira kuluta panthazi kukuru kwanthena, tikwenera kuzgora:kasi ni batire la lithiamuluso ndipo likugwira ntchito wuli? Kupulikiska silicon anodes kukukhumba nkhani yakukhwaskana na umo mabatire gha lithiamu -}ion ghakugwilira ntchito pa msinkhu wakuzirwa.

Lithiamu {{0}"mabatiri gha sitoro na kufumiska nkhongono kwizira mu vyakuchitika vya kemiko ivyo vikusintha. Pa nyengo iyo ŵakufumiska, lithium ions yikufuma mu anode kwizira mu electrolyte kuya ku cathode, apo ma electron ghakujumpha mu dera la kuwaro ku vipangizo vya magesi. Pa nyengo ya charging, ndondomeko iyi yikusintha: magesi gha magesi ghakukwezga lithium ions ku anode uko ghakusungika.

Ntchito ya anode yikupokelera lithiamu ions pa nyengo yakulipira na kuzifumiska pa nyengo yakufumiskika. Graphite wakufiska ivi kwizira mu kuŵerengera - lithium ions yikuzungulira pakati pa vigaŵa vya graphene mu kapangikiro ka kristalo wa graphite. Nthowa iyi yikukanizga nkhongono chifukwa kapangikiro ka graphite kangaŵa na atomu yimoza pera ya lithium pa atomu 6 ya carbon.

Silicon yikuguliska limitimu kwizira mu alloy m’malo mwa kugaŵana. Ma atomu gha Lithium mwachindunji na atomu ya silicon, kupanga lithiamu-silicon alloys (LixSi uko x wakufika pa 0 kufika pa 3.75). Nthowa iyi yakudumura yikuzomerezga kuti lithium yiŵe yinandi chomene pa unit, ndipo yikulongosora nkhongono za silicon zapachanya.

Anode yikugwira ntchito pamoza na vigaŵa vinyake vya mabatire mu ndondomeko yakukolerana. Cathode {{{{ine}} nambala ya lithiamu oxide nga ni lithiamu nickel manganese cobalt oxide (NMC) - yikupereka lithium ions na kuzomera ma electron pa nyengo yakufumiskika. Ma electrolyte ghakulongozga ma ioni gha litium kweni ma electron yayi, ghakulutilira kupatukana. Kupatukana kwa porous kukupatura anode na cathode mwakuthupi uku ŵakuzomerezga vyakwendekwenda vya ionic.

Silicon anodes yikwenera kuphatikizgika mu ndondomeko iyi kwambura kuswa milimo ya vigaŵa vinyake. Suzgo la kukuzga voliyumu likuzgoka lakusuzga comene cifukwa likukhwaska msonkhano wose wa electrode, vigaŵa vya silicon pera yayi. Kuwonjezerapo kukuphwanya kapangikiro ka porous uko kukupangiska kuti electrolyte yinjiremo, kuphwanya kwa carbon astitives iyo yikupereka nkhongono, ndipo yikupangiska kuti polymer yiŵe na vyose pamoza ivyo vikukhozga vyose pamoza.

Nthowa na Masuzgo Ghakovwira

Silicon anode technology yikusintha mwaluŵiro, na nthowa zinandi zakutukula izo zikulongora layizgo la kusintha kwakulondezgapo kwakulondezgapo kwa mtundu.

Silicon Conten

Vinthu vya malonda vyasonosono vikugwiriskira ncito 10-30% silicon na kulemera, kusiya malo ghanandi kuti ghasinthe. Kafukufuku wakuŵika mtima pa kupangiska 50-80% silicon ivyo vili mukati uku vikusunga umoyo wakuzomerezgeka wa msinkhu wakuzomerezgeka. Kupambana kungapangiska kuti maselo ghaŵe pafupi na uwemi wa silicon.

Nthowa iyo yili na silikoni yapachanya yikuthemba pa kulutilira kupanga vinthu vyakupangika na nano, kapangidwe ka vinthu vyakupangika na nanolyte. Ŵanthu ŵanyake awo ŵakusanda ŵakulondezga vigaŵa vyakulongozga ivyo vikusazgako vipimilo vinandi vya utali -silicon nanoparticles iyo yili mu vigaŵa vichokovichoko vya carbon, mwachiyelezgero- kuti yigaŵire makora kusuzgika kwa makina.

Nthowa zakusambizgira ŵana

Silicon anodes wakurya lithium yikuru pa nyengo ya kupanga kwa SEI yakwamba, kuchepeskako nkhongono zakwamba- cycle chomenechomene kufika pa 70-85% pakuyaniska na 90-95% pa graphite. Kutayika kwa nkhongono uku kwambura kusintha kukutaya lithium kufuma ku cathode, kuchepeskako nkhongono zose za batire.

Prelithiation yikulipira na kusazgako lithium yakusazgikira ku anode pambere maselo ghandawunganenge, kuphwanya kwakwamba - kutayika kwakuzungulira. Nthowa zakupangika zikusazgapo vyakuvwara vya lithium, vyakupangika na kemiko mwakugwiliskira nchito vyakupangika vya organolithium, na vyakupangika na electrochemical. Nangauli kupambana kwaukadaulo, preithition kukusazgapo ndondomeko ya kupanga na mtengo, kuchepeska kuzomera ku mapulogalamu ghapachanya - mtengo.

Ŵanthu awo ŵakukwera nawo

Munthu uyo ​​wakuwunganya polymer uyo wali na vinthu vyakugwiriskira nchito kwa uyo wakusonkheska sonosono apa wakuchita mulimo wakuwonga chomene yayi pa ntchito ya silicon anode. Ŵanthu awo ŵali na fluoride (PVDF) awo ŵalipo ŵangazomerezga yayi kukura kwa silicon, ndipo ivi vikupangiska kuti paŵe kuseŵa na kuzima kwa nkhongono.

Kafukufuku mu mabingu ghapadera wasanga ŵanthu ŵanandi awo ŵakugomezgeka. Polyacrylic acid (PAA) na carboxymethyl cellulose (CMC) vikupanga ubwezi wankhongono na silicon na kutambasura makora chomene pa nyengo yakukura. Vinyake ivyo vikupangika na ŵanthu ŵakupambanapambana vikusazgapo kujipwelelera-} vyakuchizga - polymer unyolo uwo ukusintha mabond pamanyuma pa kuphwanya, kusunga kugomezgeka kwa electrode kwizira mu vigaŵa vinandi.

Nthowa {{0} Kuphatikizgika kwa Malo

Kuphatikiza silicon aoltes na electrolytes yakukhora - state electrolytes kukuyimira nthowa yakusintha. Ma electrolytes ghakukhora ghakuwuskapo nkhani za silicon zakukolerana na maji gha magesi apo ghakupereka mwaŵi wakuvikilirika wa chivikiriro. Batiri ya silicon ya silicon yakukhora iyo yikulongoreka na UC San Diego na LG Energy Solutions mu 2021 yikalongora kuti electrolyte yakukhora ya electrolyte yakukhozga yikukanizga makora silicon kukura kwa silicon kuluska ma electrolytes gha maji agho ghakunjira mu mng'alu.

Kweni, mabatire ghakukhora {0} gha boma ghakukumana na masuzgo ghawo gha malonda kusazgapo kupanga vinthu vyakusuzga, kukana pakati pa nkhope, na mtengo wa vinthu vyakuthupi. Silicon anodes ŵanganjira mu mabatire ghakukhozga - state pamanyuma pa ndondomeko za magesi zakumanyikwa.

Kupanga Makompyuta

Kusambira kwa makina na kupanga viyezgelero vyakuyezgayezga chomene vikupangiska kuti silicon anode yiŵe yakukura mwaluŵiro. Ŵakufufuza ŵakugwiliskira nchito mawerengero ghakugwira ntchito ghakugwira ntchito kuti ŵamanye umo SEI yikupangikira, umo maselo ghakuchitira vinthu kuti ghayezgelere kusuzgika kwa makina, na ma algorithm ghakusambira makina kuti ghapangiske kuti vipangizo vyakupangika viŵe makora.

Vipangizo ivi vikuchepeska kuyezgeka {{{{{{{-}error kuyezgelera mwa kumanyiska vyakusazgapo vyakugomezgeka vya vinthu pambere vindapangike. Iwo ŵakuperekaso umanyi mu nthowa zakutondeka izo zikusuzga kuwona mwakuyezgayezga, kupangiska kuti paŵe nthowa zakumazgira.

Mafumbo Ghakuwongera

Kasi silicon anodes yikuyaniska wuli na anodes ya graphite mu unenesko wa unenesko wa - charu?

Silicon anodes wakupereka 20-50% nkhongono zakukwera mu vinthu vya malonda, nangauli ivi vikuchepera pa fundo ya theoretical 10x chifukwa cha malonda gha uinjiniya -}}}}}}. Iwo ŵakupangiska kuti ŵaŵe na charging mwaluŵiro- kanandi ŵakufika pa 80% nkhongono mu mphindi 5-15-kweni sonosono apa ŵakupereka umoyo wa msinkhu ufupi, chomenechomene 300-1,000 mzere wakuzungulira pakuyaniska na 1,000-3,000 pa graphite. Mtengo ukukhalilira pachanya, nangauli premium yikuchepa apo kupanga kukukwera.

Kasi silicon peresenti yikugwiriskirika nchito mu mabatire gha malonda gha sono?

Mabatire ghanandi gha silicon anode gha malonda ghali na 10-30% silicon na kulemera, ndipo vinyake ivyo vyakhalako ni graphite na carbon. Pure graphite yikulutilira kuŵa yakulongozga pa msika wose. Silicon silicon yikuŵika vinthu pa malo ghakwenelera kuti ŵachite makora pa umo ŵakuchitira pa umoyo wawo na masuzgo ghakupanga vinthu. Silicon wakukwera (50-100%) walipo mu mapulogalamu ghapadera nga ni aerospace kweni wakukwaniska yayi ku vinthu vyakuguliska vya msika.

Chifukwa wuli silicon wakukura chomene pa nyengo ya charging?

Silicon wakukura chifukwa atomu ya litium yikukolerana mwaluŵiro na atomu ya silicon m’malo mwa kuŵika waka pakati pa vigaŵa nga umo vikuŵira mu graphite. Iyi ndiyo nthowa yakuchitira vinthu mwakuyana na ivyo vikuchitika ({1}}silicon vyakupangika (mpaka ku Li₃.₇₅₅₅ Si) ivyo vikutora buku likuru chomene kuluska silicon wakutowa -} pafupifupi 300-400% kukura. Kusazgikira kwake kukusintha kweni kukupangiska kuti paŵe suzgo la makina ilo likunanga kapangikiro ka electrode pa msinkhu wakuwerezgawerezga.

Kasi ni nyengo wuli apo magalimoto gha magesi ghazamuŵapo chomene?

Ŵanthu ŵanandi awo ŵakupanga magalimoto ŵakunozga silicon anode EV kuyamba pakati pa 2025-2027. Mercedes{{{{{zim} Benz wakapharazga G-Class SUVs na Sila silicon anodes pa 2026, apo GM ikuphatikizga luso la OneD mu mabatire gha Ultium. Porsche wakakolerana na Group4 kuti ŵatumizgike mu 2025. Kweni, vinthu ivi vyakwamba vizamugwiliskira nchito silicon (vikwenera kuti vikuwoneka kuti ni 15-30%), ndipo silicon yikukura chomene pamanyuma mu virimika khumi apo tekinoloje yikukura.

Kukhazikiska na Kughanaghanirapo

Kwa makampani na ŵakusanda awo ŵakugwira ntchito na silicon anode luso, vinthu vinandi ivyo vikuchitika vikupangiska kuti ŵachite makora.

Electrode engineering yikukhumbikwira kuti paŵe kusintha kwa vinthu vinandi. Kukura kwa silikoni kukukhwaska vyose viŵiri, malo ghakukhalamo na gha magesi. Vinthu vichoko (nasicale) vikuchita makora chomene kweni vikupanga malo ghanandi gha pa charu chapasi kuti vipangike SEI. Kukura kwa magesi kukupangiska kuti nkhongono ziŵe zinandi ndipo nkhongono ya mphamvu -}"ithicker electrodes yikusunga nkhongono zinandi kweni yikuchepeska liwiro la kulipilira chifukwa cha mtunda utali wa ion transport.

Nthowa zakulongozgera mabatire zikukhumbikwira kusintha mabatire gha silicon anode. Boma-}“{2}}} charge ma algorithms yakuyezgayezga ya graphite yingagwira ntchito makora yayi na silicon chifukwa cha ma curve ghakupambanapambana gha magesi. Mapulogalamu ghakulipirira ghakunozga kuti ŵaŵikepo graphite kungapangiska kuti mabatire gha silikoni ghanangike mwaluŵiro. Kulaŵilira kwa kutentha kukuzgoka kuŵa kwakukhumbikwa chomene chifukwa cha kutentha kwa silicon na nkhongono zinandi.

Kugwiriskira ncito - optimization kukupangiska kuti silikoni yiŵe yakukwana na kupanga mabatire. Ma electro gha ŵamalonda ghangazomerezga umoyo wa msinkhu ufupi (vyaka 2-3) mwakusinthana na nkhongono zapachanya na kuŵika magesi mwaluŵiro. Magalimoto gha magesi ghakukhumbikwira umoyo utali (8-10) nangauli ivi vikukhumbikwira kuti silicon yiŵe na vinthu vyapasi. Kusunga gridi kukuŵika pakwamba mtengo na umoyo pa msinkhu wa nkhongono, ivyo vingapangiska kuti silicon yiŵe na mwaŵi.

Viyezgo vyakuyezga na kuŵika pa msinkhu wa silicon mabatire gha silicon anode vikulutilira kukura. Mayeso gha lithiamu-), mayeso gha batiri ghangaŵika yayi mtima mwakukwana pa silicon anodes panji kumanyiska mitundu ya kutondeka kwanadi - charu cha kutondeka. Mapulogalamu ghakuyezgayezga ghakuyezgayezga chomene ghakuwoneseska vyakuchitika vyakusazgirako vya buku, kukhazikika kwa SEI, na kuziŵizga kutentha mu vigaŵa vinandi vikovwira kumanya masuzgo agho ghangaŵapo pambere malonda ghandachitike.

Ici cikwimira tekinoloje yakusintha apo mikhaliro yiwemi yikulutilira kukura. Ŵanthu awo ŵakulondezga mwaluŵiro ŵakwenera kulindilira kuti ŵanozgekerere kuzgoŵezga nga ni umo vikuŵira na vinthu ivyo vikuchitika.

Silicon wa anodes wakulongora nthowa yikuru yakuluta panthazi mu tekinoloje ya mabatire, kupereka nkhongono zinandi na kusintha kwa liwiro la magesi kuluska graphite yakumanyikwa. Tekinoloje iyi yaluta panthazi kufuma ku vyakukhumba vya labotale kufika pa malonda, ndipo makampani ghanandi ghakupanga vinthu vya silicon anode pa mlingo ndiposo ŵakupanga vinthu ŵakuru ŵakuviphatikizga mu vinthu.

Kweni silikoni anodes ni yankho lakukwana yayi ku vyose ivyo vikutondeka. Kusazgirako kwa mazgu kukukhalilira suzgo likuru ilo likukhumbikwira kuti uinjiniya wakupangika makora walongozgeke. Kusintha kwa umoyo wa cycle kukulutilira, kweni mabatire gha silicon ghachali kuchedwa graphite mu umoyo utali. Ndalama za mtengo zikulutilira, nangauli zikuchepa nga ni sikelo zakupangira.

Nthowa yeneco yakunthazi yikukhwaskana na silicon pachokopachoko ivyo vili mu silicon vikukura apo vyakumazga vikukura. Mabatire gha silicon gha mazuŵa ghano 10-30% gha silicon ghakwimira chigaŵa chakwamba. Vinthu vyapachanya vya silicon vingawoneka mu 2020s mu 2020s nga ni nanostructiving, kupanga vyakupangika, na kupanga ma kemiko gha electrolyte. Paumaliro, anodes ya silicon iyo yili pafupi, yingaŵa yakugwira ntchito pa mapulogalamu ghapadera, apo silicon yapakatikati yikupereka misika yikuru.

Pa magalimoto gha magesi, vinthu vya magesi, na kusunga gridi, silicon anodes vikupereka kusintha kwakuzirwa mu vipimilo vyakuchitira vinthu ivyo vikukhumbikwa ku awo ŵakugwiliskira ntchito: msinkhu utaliko, kuchapa mwaluŵiro, kuŵika magesi mwaluŵiro, na vinthu vichoko waka vya mawonekero. Mtengo uwo wakuchitika {{1} pafupifupi yayi theoreticals erames- wazamuchitiska kuti walutilire kuzomera na kunozga luso la silicon anode.