رشد سهم سیلیکون در باتری خودروهای برقی از ۲۰۲۲ تا ۲۰۳۵ + اینفوگرافی

نکات کلیدی:

• پیش‌بینی می‌شود آندهای مبتنی بر سیلیکون از حدود ۵ درصد سهم در سال ۲۰۲۲ به حدود ۲۰ درصد از ظرفیت باتری‌های لیتیوم-یون تا سال ۲۰۳۵ برسند.
• از آنجا که سیلیکون مقدار بسیار بیشتری لیتیوم نسبت به گرافیت ذخیره می‌کند، می‌تواند به افزایش برد خودروهای برقی، کوچک‌تر شدن باتری‌ها و کاهش هزینه به‌ازای هر کیلومتر منجر شود.

خودروهای برقی به‌شدت به باتری‌های لیتیوم-یون وابسته‌اند و مواد به‌کاررفته در آن‌ها به‌سرعت در حال تغییر است. سال‌هاست که در این زمینه، گرافیت بر آند باتری‌ها (الکترود منفی که هنگام شارژ لیتیوم را ذخیره می‌کند) سلطه دارد.

بااین‌حال، سیلیکون به‌عنوان جایگزینی قدرتمند در حال ظهور است. این اینفوگرافی رشد پیش‌بینی‌شده آندهای حاوی سیلیکون در باتری‌های خودروهای برقی تا سال ۲۰۳۵ را نشان می‌دهد.

داده‌های این تصویرسازی از Benchmark Mineral Intelligence گرفته شده و عرضه وزنی مواد آندی را برحسب گیگاوات‌ساعت (GWh) ظرفیت باتری دنبال می‌کند؛ معیاری که نشان می‌دهد هر نوع ماده چه میزان از استفاده در باتری‌های خودروهای برقی را پوشش می‌دهد.

گرافیت همچنان غالب است

گرافیت همچنان ستون اصلی آندهای باتری لیتیوم-یون به‌شمار می‌رود. در سال ۲۰۲۲، گرافیت مصنوعی به‌تنهایی حدود ۷۶ درصد از ظرفیت جهانی آند را تشکیل داد، در حالی که گرافیت طبیعی نیز ۱۸.۶ درصد دیگر را به خود اختصاص می‌داد.

این برتری به‌دلیل پایداری گرافیت، هزینه نسبتاً پایین و زنجیره‌های تأمین تثبیت‌شده آن است. تولیدکنندگان طی دهه‌ها این نوع باتری‌ها را بهینه کرده‌اند و همین موضوع آن‌ها را برای تولید انبوه خودروهای برقی قابل‌اعتماد ساخته است.

بااین‌حال، گرافیت یک محدودیت مهم دارد: در مقایسه با گزینه‌های جدید، مقدار نسبتاً کمی لیتیوم ذخیره می‌کند.

چرا سیلیکون اهمیت دارد؟

سیلیکون از نظر تئوری می‌تواند حدود ۱۰ برابر بیشتر از گرافیت لیتیوم ذخیره کند. این ویژگی به باتری‌های دارای آند سیلیکونی اجازه می‌دهد انرژی بیشتری را در همان فضای فیزیکی جای دهند.

در عمل، این موضوع می‌تواند برد خودروهای برقی را بدون افزایش اندازه باتری به‌طور قابل‌توجهی افزایش دهد. برای مثال، خودرویی که پیش‌تر با یک بار شارژ ۴۸۰ کیلومتر حرکت می‌کرد، می‌تواند به ۶۴۰ کیلومتر یا حتی ۸۰۰ کیلومتر برد با یک بار شارژ باتری برسد، بدون اینکه اندازه و وزن باتری افزایش یابد.

جدول عرضه وزنی مواد آندی (گیگاوات‌ساعت)

از آنجا که سیلیکون در طول چرخه‌های شارژ به‌طور قابل‌توجهی منبسط می‌شود، مهندسان به‌دنبال راهکارهای ترکیبی هستند. این راهکارها شامل کامپوزیت‌های گرافیت-سیلیکون و مواد سیلیکونی مهندسی‌شده است که ظرفیت بالا را با پایداری ساختاری ترکیب می‌کنند.

سهم مواد در آند باتری

در همین حال، آندهای کاملاً سیلیکونی مهندسی‌شده نیز ممکن است از سهمی نزدیک به صفر به حدود ۳ درصد تا سال ۲۰۳۵ برسند.