Этот пост добавлен читателем Naked Science в раздел «Сообщество». Узнайте как это сделать по ссылке.

18 апреля, 08:33

Рейтинг: +82

Посты: 251

Как кремний меняет аккумуляторы электромобилей: наглядная инфографика

Электромобили в значительной степени опираются на литий-ионные батареи, и материалы, из которых они состоят, стремительно меняются. На протяжении многих лет аноды — отрицательные электроды, накапливающие литий во время зарядки, — почти полностью изготавливались из графита.

Сообщество

# инфографика

# кремний

# технологии

# транспорт

# электромобили

Как кремний меняет аккумуляторы электромобилей: наглядная инфографика / © Visual Capitalist

Однако сегодня кремний становится мощной альтернативой. Эта инфографика показывает, как, по прогнозам, будет расти доля анодов с содержанием кремния в аккумуляторах электромобилей вплоть до 2035 года.

Данные для визуализации предоставлены компанией Benchmark Mineral Intelligence. Они отражают совокупные поставки анодных материалов, выраженные в гигаватт-часах (ГВт·ч) емкости батарей — то есть объем использования аккумуляторов, который может быть обеспечен каждым типом материала.

На сегодняшний день графит остается основой анодов литий-ионных батарей. В 2022 году один только синтетический графит обеспечивал около 76% мировых мощностей анодов, тогда как на природный графит приходилось еще 18,6%. Такое доминирование объясняется стабильностью графита, его сравнительно низкой стоимостью и хорошо налаженными цепочками поставок. За десятилетия производители довели технологии графитовых батарей до совершенства, сделав их надежной базой для массового производства электромобилей.

Тем не менее у графита есть существенное ограничение: он способен накапливать относительно небольшое количество лития по сравнению с новыми материалами.

Теоретически кремний способен удерживать примерно в десять раз больше лития, чем графит. Благодаря этому батареи с кремнийсодержащими анодами могут запасать больше энергии в том же объеме.

На практике это означает значительное увеличение запаса хода электромобилей без увеличения размера батареи. Например, если ранее электромобиль мог проехать 480 километров на одном заряде, то с таким же по размеру и массе аккумулятором он сможет преодолеть 640 километров — а в перспективе и до 800 километров. Поскольку кремний сильно расширяется при циклах зарядки, инженеры разрабатывают гибридные решения: композиты графита и кремния, а также специально модифицированные кремниевые материалы, которые сочетают высокую емкость со структурной устойчивостью.

Прогнозы показывают, что в ближайшее десятилетие кремний будет постепенно укреплять свои позиции. Доля композитных анодов графит–кремний может вырасти с 5% емкости батарей в 2022 году до 17,5% к 2035-му. В то же время полностью инженерные кремниевые аноды, практически отсутствующие сегодня, могут занять около 3% рынка. В сумме это означает, что доля кремнийсодержащих решений способна приблизиться к 20% к середине следующего десятилетия.

Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK

Дзен

"аноды — отрицательные электроды" - а катоды положительные, получается? В литий-ионных аккумуляторах полярность электродов меняется местами в зависимости от цикла (заряд/разряд). В инженерной литературе за анодом закреплено название электрода, на котором происходит окисление (отдача лития), то есть при зарядке анодом является положительный электрод (оксид лития-кобальта), а отрицательный (графит) - катодом. Однако в популярных текстах и даже в некоторых технических статьях «анодом» ошибочно называют графитовый электрод всегда, независимо от режима.