baterias de íon de lítio eles estão alcançando seus teto de desempenho especialmente no que diz respeito ao densidade de energia que eles podem oferecer. No entanto, uma mudança nos materiais usados no ânodo, lítio metálico ou silicone você poderia forneceruma melhoria gradual na densidade de energia o que manteria essa tecnologia como a preferida pelos fabricantes de veículos elétricos.
Uma esperança que se reflete na muitas startups desenvolvendo materiais de ânodo, a maioria dos quais são focados em silício, em comparação com outras áreas de desenvolvimento de baterias de íon-lítio, a consultoria IDTechEx analisou em um novo relatório ( Baterias avançadas de íon de lítio e além das baterias de lítio 2022-2032: tecnologias, players, tendências, mercados ).
ânodos de silício
A razão desse interesse decorre do fato de que o silício tem o potencial de aumentar significativamente a densidade de energia das baterias. Sua capacidade é uma ordem de grandeza maior que a do grafite, que atualmente é usado para criar a estrutura do ânodo. No nível da célula, a densidade de energia poderia quase dobrar proporcionando benefícios óbvios na autonomia dos veículos elétricos.
Além disso, o silício também pode melhorar outras tecnologias de baterias associadas ao lítio, como fosfato de ferro e lítio (LFP), o que reduziria sua diferença em termos de capacidade de armazenamento de energia em relação às células do tipo óxido de níquel-manganês-cobalto (NMC) minimizando sua principal desvantagem. Segundo cálculos da IDTechEx, a incorporação de 20% de silício em um ânodo poderia melhorar a densidade de energia em 17%.
O problema que surge quando o silício é usado como material anódico é a sua alta degradação, o que se traduz em uma curta duração da bateria. As mudanças de volume que o ânodo sofre durante os ciclos de carga e descarga levam ao consumo do eletrólito e do lítio e causam tensões mecânicas que finalmente resultam na perda de condutividade elétrica e iônica. Incorporação de porosidade, aditivos eletrolíticos e redes condutoras e de ligação são apenas algumas das soluções que estão sendo desenvolvidas.
Por outro lado, com a incorporação de silício o risco de formação de dendritos é reduzido enquanto a porosidade e os aditivos condutivos que geralmente são necessários ajudam ainda mais na capacidade de carga rápida e operação em baixa temperatura. De uma forma geral, os ânodos de silício apresentam-se como uma proposta bastante promissora, fazendo com que as diferentes empresas que os utilizam anunciem células com ciclos de vida razoáveis, demonstrando que a principal desvantagem do silício está próxima de ser superada.
ânodos metálicos de lítio
O ânodos metálicos de lítio Eles também são uma tecnologia muito promissora para melhorar a densidade de energia, mas, como os feitos de silício, sua desvantagem é o curto ciclo de vida que oferecem. Eles também correm maior risco de formação de dendritos e curto-circuito.
Seu uso junto com eletrólitos de estado sólido está sendo amplamente desenvolvido como uma solução para esses problemas, mas também estão sendo explorados projetos que usam uma barreira protetora fina e um eletrólito líquido estável como meio de habilitar ânodos metálicos de lítio.
outros fatores
Tendo resolvido alguns dos desafios técnicos e de desempenho dos ânodos metálicos de silício e lítio, a chave para o seu sucesso está em sua fabricação em escala e sua integração nos processos atuais de fabricação de baterias. Com vantagens e desvantagens semelhantes, em última análise, a questão não será sobre o uso de silício ou lítio metálico, mas sobre sua implementação para uma determinada aplicação.
Além da densidade de energia, outro parâmetro como velocidade de carregamento torna-se uma métrica chave para escolher um ou outro material para o ânodo. Embora o silício possa ser adequado para carregamento rápido e os avanços nas células à base de metal de lítio sugerem que melhorias também estão sendo feitas, embora o desempenho precise ser verificado em projetos de células comercialmente relevantes.
Previsões IDTechEx
Os veículos elétricos exigem uma capacidade de carga muito rápida e uma vida útil muito longa, além do 1.000 ciclos de carga e descarga, que geralmente são possíveis com ânodos metálicos de silício e lítio. Sim ou Li. Empresas como Toshiba, Echion e Nyobolt estão desenvolvendo novos materiais de ânodo à base de nióbio e óxidos de tungstênio, que prometem tempos de carregamento entre cinco e seis minutos, dezenas de milhares de ciclos de vida, mas com densidades de energia menores que as células LFP, qual exclui-los para uso em veículos elétricos.
De acordo com a IDTechEx, grafite, seguido por silício e lítio metálico eles serão os principais materiais para ânodos na próxima década. Seu relatório prevê que a demanda por material de ânodo de silício, por peso, crescerá em um CAGR de 45% entre 2022 e 2032.