Innovatie / Zijn anodes uit silicium het nieuwe wondermiddel voor batterijen?

De prototypes van de Mercedes EQG, de elektrische versie van de G-Klasse, leggen momenteel hun ontwikkelingskilometers af in extreme omstandigheden. De batterijen van de toekomstige elektrische luxe-offroader zouden echter gebruik maken van een nieuwe technologie die de autonomie met meer dan 20% zou doen toenemen. De nieuwe generatie batterijen maken namelijk gebruik van anodes uit silicium, ontwikkeld door het Amerikaanse bedrijf Sila. Maar wat houdt dat precies in?

Titan Silicon

Sila is een bedrijf uit Silicon Valley dat sinds 2011 bezig is met de ontwikkeling van anodes uit silicium. Na twaalf jaar testen van meer dan 70.000 varianten van de formule voor anodes uit silicium, heeft Sila een nieuw materiaal afgewerkt met de naam Titan Silicon. En dat wordt gebruikt voor de anodes van de batterijen voor de nieuwe Mercedes EQG.

De anode van een batterij zou je kunnen omschrijven als het reservoir voor lithium-ionen. In een klassieke lithium-ionbatterij is de anode gemaakt uit een opeenstapeling van grafietplaten waarop de ionen zich vastzetten wanneer de accu wordt opgeladen. De batterij wordt dan weer ontladen wanneer de ionen naar de kathode stromen. Tot nu toe werden de grootste winsten geboekt bij de ontwikkeling van die laatste. Grafietanoden zijn efficiënt, maar ze zijn ook zeer groot en zwaar. Die ballast zou weggewerkt kunnen worden door het gebruik van silicium.

• Lees ook: Mercedes G-Klasse gaat elektrisch als EQG

Het juiste compromis vinden

Waarom worden siliciumanoden dan niet vaker gebruikt, als ze voordelig zijn qua massa en volume? Omdat het volume van de siliciumcapsules sterk varieert, tot drie keer het basisvolume, wanneer ze zijn geladen met ionen. De huidige topbatterijen maken al gebruik van 5% silicium, hetgeen waar de siliciumspecialisten aan werken is het beperken van de uitzetting van de siliciumdeeltjes bij het opladen van de batterij. 

Sila heeft dus capsules kunnen ontwikkelen die de verandering in volume beperken tot 6%. Een waarde die niet al te veel verschilt met grafietbatterijen. Volgens Sila behouden de Titan Silicon-batterijen ook 80% van hun capaciteit na 1.100 laadbeurten, ofwel meer dan 300.000 km, wat evenredig is met de huidige grafietbatterijen.

“Mercedes is choosing their largest, heaviest product to debut next-generation battery cells.”

We love a challenge.
@topspeed dives into @MercedesBenz upcoming electric #GClass and the impact of new energy-dense #battery tech. Read more: https://t.co/MXXiJIFMHa
#Sila pic.twitter.com/uJwqQo84Pq

— Sila (@SilaNanotech) August 26, 2022

Opwaartse spiraal

Met dezelfde volumevariatie en een gelijkaardige levensduur als de huidige batterijen tegen vergelijkbare prijzen, hebben batterijen met siliciumanodes dus twee grote voordelen: een veel hogere energiedensiteit (tot 800 Wh/l, het dubbele van een grafietbatterij) en een veel lagere massa. Daarnaast kan een siliciumanodebatterij ook veel sneller opgeladen worden. 

Sila schat in dat je met een siliciumanodebatterij met dezelfde capaciteit 20% verder kan rijden ten opzichte van een conventionele grafietbatterij. De leverancier van de batterijen voor de Mercedes EQG schat in dat het genoeg Titan Silicon-batterijen kan produceren voor 200.000 auto's tegen 2026, en zelfs 1 miljoen wagens per jaar tegen 2028.

Volgens Gene Berdichevsky, CEO van Sila, zullen siliciumanoden op middellange termijn zelfs goedkoper worden om te produceren dan hun tegenhangers met grafiet. Een lagere massa, een hogere energiedensiteit, sneller opladen én een lagere productiekost: het lijkt wel een opwaartse spiraal. En dan is er nog een potentieel positief vooruitzicht: in tegenstelling tot grafiet, waarvan de ontginning en productie quasi volledig in handen is van Chinese bedrijven, zou silicium het speelveld op industrieel vlak weer kunnen gelijktrekken. Maar dat blijft allemaal nog voorwaardelijk. Afspraak over 3 jaar?

Bron: Automotive News Europe