Vantaggio principale
Densità di energia ultra-alta
La capacità effettiva dei materiali compositi in silicio-carbonio può raggiungere 1500-2000 mah/g . Se combinata con elettrodi a ternario ad alto contenuto di nichel, la densità di energia della batteria può superare i 300wh/kg (ad esempio, se la batteria TESLA 4680 utilizza una batteria al silicio negativo, la densità energetica aumenta di 20%) {8%(}
Caso di applicazione: la capacità della batteria di un telefono cellulare di punta di un determinato marchio è aumentata da 4000Mah a 4800 mAh e la gamma di guida di veicoli elettrici è stata estesa da 50-100 chilometri .
Eccellenti prestazioni di ciclismo
La struttura della rete tridimensionale dei materiali in carbonio può disperdere lo stress di espansione del silicio . Dati di laboratorio mostrano che l'elettrodo negativo al silicio-carbonio con un rivestimento in carbonio ha una velocità di ritenzione della capacità dell'82% dopo 500 cicli . questo è equivalente a un telefono cellulare che è stato caricato ogni giorno in grado di ritenere l'80% dopo due anni {{} . ciò è equivalente a un telefono cellulare che è stato caricato ogni giorno in grado di ritoccare l'80% dopo due anni {{} . questo è equivalente a un telefono cellulare che è stato caricato ogni giorno in grado di ritoccare l'80% dopo due anni {{7}
BUSHTHROUGH TECNICA: l'anodo silicio-carbonio preparato con il metodo CVD, con la sua struttura composita uniforme, può ottenere una durata del ciclo di oltre 1500 volte, di gran lunga superata quella dell'anodo di grafite (1000-2000 tempi) .
Capacità di ricarica rapida
La conduttività dei materiali di carbonio allevia il difetto isolante del silicio e la velocità di diffusione degli ioni di litio è aumentata di 30 volte, supportando la ricarica rapida 5C (come la tecnologia di ricarica rapida 30-} di un determinato veicolo elettrico) .
Il potenziale di estrazione al litio del silicio (~ 0 . 4V vs . li/li⁺) è superiore a quello della grafite (~ 0 . 05V vs. Li/Li⁺), che può impedire al litio di diffondere sulla superficie durante il carico e migliorare la sicurezza.
Vantaggi di costo-efficacia e ambientali
Il silicio è il secondo elemento più abbondante nella crosta terrestre e il suo costo della materia prima è inferiore del 40% rispetto a quello della grafite .} dopo la produzione su larga scala, il costo totale può essere ridotto del 15% (come calcolato da una determinata fabbrica di batterie, usando elettrodi negativi in silicio-carbonio può ridurre il costo di ciascuna batteria KWh di $ 8).
Una tonnellata di materiale anodo di silicio-carbonio può ridurre l'estrazione di 2 . 3 tonnellate di grafite e un consumo di energia di produzione inferiore del 18%. se tutte le batterie al litio in tutto il mondo dovessero annualmente anodi di silicio, ciò comporterebbe una riduzione di 3,5 milioni di tonnellate di emisse di carbonio annualmente.
Compatibilità e potenziale tecnico
Può essere adattato direttamente alla riga di produzione anodo di grafite esistente . Solo i parametri di pressione di litoli e rulli devono essere regolati (ad esempio, la linea di produzione di una certa impresa è stata rinnovata in soli tre mesi) .
Innovazione continua: strutture come particelle di silicio a grafene tridimensionale e array di nanofili silicon-carbonio hanno spinto la densità di energia fino a 1800 mAh/g . dopo 800 cicli, il tasso di ritenzione della capacità raggiunge ancora il 91%.}
Scenari di applicazione e prospettive di mercato
Elettronica di consumo: il tasso di penetrazione ha raggiunto il 18%. un test effettivo dell'utente del telefono cellulare mostra che la batteria con elettrodo negativo in silicio carbonio ha una riduzione solo dell'11%nella durata della batteria dopo 500 cicli di scarica di carica (mentre le batterie tradizionali diminuiscono del 35%) .}
Veicoli elettrici: il tasso di applicazione è di circa il 7%. dopo che un ultimo modello di automobilistico ha adottato l'anodo silicio-carbonio, il peso del pacco batteria è stato ridotto del 23%e il consumo di elettricità per 100 chilometri è diminuito a 12 kWh .}}}
Campo di accumulo di energia: dopo aver utilizzato le batterie dell'elettrodo negativo al silicio-carbonio in un determinato progetto di accumulo di energia fotovoltaico, la frequenza di ciclismo giornaliera è aumentata da 2 a 3 volte .
Sfide tecniche e direzioni future
Problema di espansione del volume: sebbene significativamente alleviato dai compositi di carbonio, la nanosizzazione di particelle di silicio porta ad un forte aumento della superficie specifica, con conseguente bassa efficienza iniziale (che richiede una tecnologia di pre-litio per compensare) .
Produzione su larga scala: il costo dell'attrezzatura del metodo CVD è elevato . Il processo del letto fluidizzato deve affrontare i problemi di uniformità e sicurezza della deposizione di silano (previsto che sia gradualmente implementato dal 2025 al 2026) .}
Ottimizzazione del rapporto materiale: quando il contenuto di silicio supera il 15%, le prestazioni diminuiscono bruscamente . l'industria generalmente adotta un rapporto di doping al silicio del 5% al 10% (come mostrato nel brevetto di una certa impresa, le prestazioni complete sono ottimale quando il contenuto di silicio è dell'8%) .