Vantagem central
Densidade de energia ultra alta
A capacidade real dos materiais compostos de silício-carbono pode atingir 1500-2000 mah/g . quando combinado com eletrodos positivos ternários de alto níquel, a densidade de energia da bateria pode exceder 300w1s/kg (por exemplo, a energia {TESLA 4680 Usar um silicon-carbono negativo
Caso de aplicação: A capacidade da bateria de um telefone celular principal de uma determinada marca aumentou de 4000mAh para 4800mAh, e o intervalo de veículos elétricos foi estendido por 50-100 quilômetros .
Excelente desempenho de ciclismo
A estrutura de rede tridimensional dos materiais de carbono pode dispersar os dados do laboratório de silício .} mostra que o eletrodo negativo de silício-carbono com um revestimento de carbono possui uma taxa de retenção de capacidade de 82% após 500 ciclos .} é equivalente a um telefone móvel que é um dia…
Avanço técnico: o ânodo de carbono de silício preparado pelo método CVD, com sua estrutura composta uniforme, pode obter uma vida útil de mais de 1500 vezes, excedendo em muito a do ânodo de grafite (1000-2000 vezes) .
Capacidade de carregamento rápido
A condutividade dos materiais de carbono alivia o defeito isolante do silício, e a taxa de difusão de íons de lítio é aumentada em 30 vezes, suportando o carregamento rápido de 5C (como a tecnologia de carregamento rápida de 30- minuto de um determinado veículo elétrico) .
O potencial de extração de lítio do silício (~ 0 . 4V vs . li/li⁺) é maior que o da grafite (~ 0 . 05V vs. Li/li), que pode impedir que o lítio se difunda à superfície durante a carga e melhore a segurança.
Custo-efetividade e vantagens ambientais
O silício é o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre, e seu custo de matéria-prima é 40% menor que o da grafite . após a produção em larga escala, o custo total pode ser reduzido em 15% (conforme calculado por uma certa fábrica de bateria, o uso de eletrodos negativos de carbono {{{{{
Uma tonelada de material de ânodo de carbono de silício pode reduzir a extração de 2 . 3 toneladas de grafite e menor consumo de energia de produção em 18%. se todas as baterias de lítio em todo o mundo fossem para mudar para os ânodos de carbono-carbono.
Compatibilidade e potencial técnico
Pode ser adaptado diretamente à linha de produção de ânodo de grafite existente . apenas a fórmula de pasta e os parâmetros de pressionamento de rolos precisam ser ajustados (por exemplo, a linha de produção de uma determinada empresa foi reformada em apenas três meses) .
Inovação contínua: estruturas como partículas de silício tridimensionais revestidas com grafeno e matrizes de nanofios de carbono de silício aumentaram a densidade de energia até 1800mAh/g . após 800 ciclos, a taxa de retenção de capacidade ainda atinge 91%{7}}}}}}
Cenários de aplicação e perspectivas de mercado
Eletrônica de consumo: a taxa de penetração atingiu 18%. um teste real de um usuário de celular mostra que a bateria com eletrodo negativo de silício-carbono tem uma redução de apenas 11%na duração da bateria após 500 ciclos de carga de carga (enquanto as baterias tradicionais diminuem em 35%).}}}}
Veículos elétricos: a taxa de aplicação é de aproximadamente 7%. depois que o mais recente modelo do modelo de carbono adotou o ânodo de carbono de silício, o peso da bateria foi reduzido em 23%e o consumo de eletricidade por 100 quilômetros diminuiu para 12 kWh .}}}}}}}}}
Campo de armazenamento de energia: Após o uso de baterias de eletrodo negativo de carbono de silício em um determinado projeto de armazenamento de energia fotovoltaica, a frequência diária de ciclismo aumentou de 2 vezes para 3 vezes .
Desafios técnicos e direções futuras
Problema de expansão de volume: Embora seja significativamente aliviada por compósitos de carbono, a nanossimização de partículas de silício leva a um forte aumento na área de superfície específica, resultando em uma baixa eficiência inicial (exigindo a tecnologia de pré-litação para compensar) .
Produção em larga escala: o custo do equipamento do método CVD é alto . O processo de leito fluidizado precisa abordar as questões de uniformidade e segurança da deposição de silano (espera-se gradualmente implementado de 2025 a 2026) .
Otimização da razão do material: Quando o teor de silício excede 15%, o desempenho cai acentuadamente . A indústria geralmente adota uma taxa de dopagem de silício de 5% a 10% (como mostrado na patente de uma determinada empresa, o desempenho abrangente é ideal quando o teor de silício é 8%)