Стартап Coreshell разработал дешевые и "долгие" аккумуляторы на кремнии

Стоимость остается одним из самых больших препятствий на пути внедрения электромобилей. Большинство современных электромобилей продаются по более высоким ценам, чем автомобили, работающие на ископаемом топливе, и это удерживает многих людей от их покупки.

Это может скоро измениться. Coreshell, стартап по производству аккумуляторных материалов, на этой неделе объявил о прорыве, который может снизить стоимость литий-ионных аккумуляторов.

Это не тот прогресс, который открывает возможности для электромобилей с запасом хода в 800 км, но не многим людям нужны такие возможности. Если подход Coreshell сможет доказать свою ценность, он может проложить путь к более дешевым батареям, не зависящим от Китая.

Кремниевое ноу-хау от Coreshell

Прогнозы относительно удешевления электромобилей основаны на постоянном потоке технологических усовершенствований, включая более качественные материалы для аккумуляторов. Кремний может заменить графит в аноде, отрицательной клемме литий-ионной батареи. И кремний, и графит принимают и сохраняют ионы лития во время зарядки аккумулятора. Хотя кремний может удерживать гораздо больше, у него есть и обратная сторона.

При зарядке аноды имеют свойство разбухать. Графитовые аноды просто немного раздуваются, и к тому же они довольно эластичны. Но когда кремниевые аноды заряжаются, они могут раздуваться, как воздушные шары, в несколько раз превышая первоначальный размер. Без чего-либо, компенсирующего это, анод может разрушиться после последовательных циклов зарядки и разрядки.

Тем не менее, потенциал кремния для улучшения аккумуляторов заставляет несколько стартапов работать над решением его проблем. Большинство подходов включают в себя специализированные микроскопические структуры, учитывающие склонность кремния к расширению. Для создания своих запатентованных рецептур эти компании используют более очищенную и более дорогую версию металла. В результате кремниевые аноды до сих пор были ориентированы на узкие рынки.

Ранее Coreshell сосредоточилась на покрытиях, замедляющих деградацию различных материалов аккумуляторов, но теперь компания сосредоточилась на кремнии. «Два года назад мы совершили прорыв в области кремния металлургического класса», — рассказал соучредитель и генеральный директор Джонатан Тан. Покрытие эластично, помогает удерживать материал во время циклов зарядки и разрядки, а также предотвращает разрушение поверхности, добавил он. «Это будет то, на чем мы сосредоточимся, чтобы вывести на рынок и начать коммерциализацию, начиная со следующего года».

Кремний металлургического класса не только дешевле, чем варианты более высокой чистоты, но и примерно вдвое дешевле графита, обычно используемого в литий-ионных батареях, сказал Тан в четверг на презентации на Международном семинаре по батареям. На этой неделе Coreshell подписала соглашение с производителем металла Ferroglobe на поставку материала.

Перспективы кремниевых аккумуляторов

Есть и геополитические последствия. По данным Benchmark Mineral Intelligence, три четверти мировой цепочки поставок графитовых анодов проходит через Китай. Это поставило производителей аккумуляторов и автопроизводителей в затруднительное положение. Чтобы претендовать на налоговые льготы на электромобили, Закон о снижении инфляции требует, чтобы минимальный процент материалов для аккумуляторов поступал из внутренних источников или из стран, с которыми США заключили соглашение о свободной торговле; планируется увеличить эту долю до 90% в 2028 году.

Поскольку кремний может хранить гораздо больше энергии, батареи эквивалентной емкости требуют меньше материала по сравнению с графитом. Учитывая это, по оценкам Coreshell, в Соединенных Штатах должно быть достаточно металлургического кремния, чтобы удовлетворить спрос. А поскольку металлургический кремний стоит дешевле графита, он потенциально может полностью вытеснить китайский графит.

Первым продуктом Coreshell станет кремниевый анод в сочетании с катодом из литий-железо-фосфата (LFP). Катоды LFP дешевле и безопаснее, чем другие химические материалы, используемые в электромобилях, такие как никель-марганец-кобальт (NMC), а ингредиенты более широко доступны за пределами Китая. По этой причине автопроизводители пересмотрели LFP, но воздержались от его широкого внедрения, поскольку он хранит меньше энергии, чем NMC.

Однако при использовании кремниевого анода несоответствие должно исчезнуть. Coreshell прогнозирует, что ее кремниевые аноды могут даже дать LFP преимущество перед традиционными элементами NMC с графитовыми анодами.

Во-первых, Coreshell необходимо масштабировать и коммерциализировать свою технологию, а это немаловажная задача. Его первоначальным рынком будет электромобильность, включая электронные велосипеды, электрические скутеры и электрические багги для дюн. (Компания заключила договор с реинкарнацией Meyers Manx, которая создала одноименный культовый багги 1960-х годов.) На данный момент компания производит собственный материал, но она не против более тесного сотрудничества с поставщиками, возможно, лицензирования технологии.

Кому достанутся лавры?

Тем временем Coreshell будет проходить строгие этапы квалификации, необходимые для того, чтобы стать поставщиком для автомобильной промышленности. Тан сказал, что его компания планирует поставить A-образцы партнерам в 2025 году и надеется перейти на электромобили к концу десятилетия. К 2025 году его конкуренты Sila и Group14 также планируют начать коммерческое производство. Конечно, их кремниевые анодные материалы будут стоить дороже, но у них будет преимущество масштаба и опыта, которые помогут снизить затраты.

Для автопроизводителей перспектива выбора является привлекательной. Не все достижения в области аккумуляторов проходят валидацию, и если литий-ионные аккумуляторы должны продолжать движение по пути снижения стоимости, для обеспечения постепенного прогресса, на который рассчитывает автомобильная промышленность, потребуется более одного подхода.