Từ sạc nhanh đến quãng đường đi xa hơn: 4 loại công nghệ silic sẽ cách mạng hóa pin ô tô điện

Trong cuộc đua giữa các nhà sản xuất ô tô và người làm viên pin để phát triển pin ô tô điện sạc nhanh và hiệu quả hơn, có một vật liệu đang thu hút sự chú ý đáng kể trong việc thay thế graphite thông thường ở anot pin: silic.

Điều này là do silic có khả năng lưu trữ năng lượng lý thuyết cao gấp 10 lần so với graphite, có nghĩa là nó có thể tăng đáng kể quãng đường đi của ô tô điện. Nó cũng có thể hấp thụ ion lithium nhanh chóng hơn trong quá trình sạc — giảm thời gian sạc.

Tuy nhiên, việc thêm silic vào anot đưa ra những thách thức nhất định.

Tendency của vật liệu này mở rộng khoảng 400% so với kích thước ban đầu trong chu kỳ sạc có thể làm nứt các hạt silic, và, lẽ ra, anot sẽ phân hủy. Điều này dẫn đến mất năng lượng và suy giảm pin.

Vì lý do đó, nhiều công ty đang nghiên cứu cách để giải quyết những vấn đề này và khai thác tiềm năng của silic trong việc cải thiện hiệu suất pin.

Dưới đây là những công nghệ nổi bật nhất hứa hẹn sẽ làm thay đổi ngành công nghiệp một cách đáng kể:

Silic nano rỗng

Scaleup Hà Lan E-Magy sản xuất các hạt silic có cấu trúc với lỗ nano không sưng và vỡ.

Công ty khẳng định rằng với công nghệ của mình, pin ô tô điện có thể tận hưởng mật độ năng lượng cao hơn 40% và tốc độ sạc lên đến năm lần mà không ảnh hưởng đến tuổi thọ pin.

Công ty đã chạy loạt sản xuất đầu tiên và tại cơ sở hiện tại, có thể sản xuất 25 tấn tấm silic — đủ cho 4,000 viên pin ô tô điện.

Dự kiến sẽ có một cơ sở mới vào năm 2024, nhằm mục tiêu sản xuất hàng nghìn tấn.

Nanodrôt silic

Công ty khởi nghiệp có trụ sở tại California OneD Battery Sciences đã sản xuất những sợi silic nano có thể hợp nhất trực tiếp vào các hạt graphite thương mại được tìm thấy trong các anot của pin.

Công nghệ này hứa hẹn ba lợi ích chính:

1. Trong các chu kỳ sạc, các sợi silic nano vẫn mềm dẻo và không bị vỡ.
2. Với hàng trăm nghìn sợi trên mỗi hạt graphite, silic làm tăng gấp ba mật độ năng lượng của anot.
3. Tỷ lệ silic-to-graphite cao hơn giảm CO2 sản xuất ra cho mỗi kWh để sản xuất pin.

Hiện nay, sợi silic nano có sẵn cho các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEMs) thông qua chương trình sản xuất thử nghiệm riêng biệt, trong khi dự kiến sẽ có sản xuất thương mại đầy đủ vào năm 2025.

Bột silic-carbon

Công ty khởi nghiệp có trụ sở tại Washington Group14 đã phát triển một loại bột silic-carbon đặc biệt, đặt tên là SCC55.

Nhờ vào kết cấu tương tự than chùn, silic được giữ trong một hình thức không tinh khiết và kích thước nano. Điều này cho phép SCC55 cung cấp năng lượng gấp năm lần và mật độ năng lượng lên đến 50% so với một anot graphite.

Thú vị là hợp chất này có thể được sử dụng cả cho bất kỳ tỷ lệ trộn nào với graphite, hoặc như là một sự thay thế hoàn toàn cho nó.

Công ty đã bắt đầu giao hàng sản phẩm của mình cho các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEMs), và đang kế hoạch xây dựng thêm hai nhà máy sản xuất với sản lượng 12.000 tấn mỗi năm.

Hạt nano silic

Sila Nanotechnologies ở Trung Quốc đã phát triển các hạt nano silic đặc biệt để thay thế một phần hoặc hoàn toàn graphite trong anot của pin.

Theo công ty, những hạt này loại bỏ sự sưng co của silic, đồng thời giữ chất điện phân bên ngoài, có nghĩa là vật liệu có thể được lặp lại từ 1.000 đến 10.000 lần mà không có phản ứng phụ không mong muốn.

Do đó, công nghệ của họ cho phép tăng mật độ năng lượng từ 20% đến 40%, giúp pin ô tô điện lưu trữ nhiều năng lượng hơn trong cùng một không gian, cải thiện khả năng di chuyển.

Sila gần đây đã bắt đầu hợp tác với Mercedes, sẽ sử dụng pin anot dựa trên silic trong dòng xe điện G-Class của mình.

Điều đáng kỳ vọng thực sự là tất cả ba công ty đã thiết kế giải pháp của họ sao cho có thể mở rộng bằng cách sử dụng quy trình sản xuất và chuỗi cung ứng hiện tại.

Điều này có nghĩa là những công nghệ này có thể được sản xuất theo quy mô lớn với tốc độ nhanh chóng, mà không cần đầu tư thời gian và tiền bạc để làm mới các dây chuyền sản xuất. Như vậy, chúng ta sẽ không phải chờ đợi lâu để xem liệu silic có thể thực sự đạt được tiềm năng mang lại cho chúng ta những chiếc ô tô điện có thời gian sạc nhanh hơn và tầm hoạt động xa hơn.