Przez lata grafit dominował jako materiał anod w akumulatorach litowo-jonowych, oferując stabilność, choć kosztem pojemności. Krzem, jako alternatywa, od dawna przyciągał uwagę badaczy, ponieważ może magazynować nawet 10 razy więcej jonów litu niż grafit. Oznacza to możliwość stworzenia ogniw o znacznie większej pojemności, co bezpośrednio przekłada się na dłuższy czas pracy urządzeń i większy zasięg pojazdów elektrycznych.
Czytaj też: Rewolucja w świecie akumulatorów. Nowa technologia wydłuży zasięg EV aż sześć razy!
Jednak ten potencjał wiązał się z poważnym problemem technicznym. Krzem wykazuje tendencję do znacznego pęcznienia podczas cykli ładowania i rozładowywania. Proces ten prowadził do uszkodzeń wewnętrznych ogniwa, szybkiej degradacji i utraty pojemności. W odpowiedzi na ten problem naukowcy stosowali zewnętrzne ciśnienie, aby stabilizować anodę, co jednak komplikowało konstrukcję ogniwa i zwiększało jego masę – czynnik krytyczny w sektorze elektromobilności i elektroniki przenośnej.
Krzemowe akumulatory LeydenJar odmienią rynek EV
Inżynierowie LeydenJar opracowali unikalną porowatą strukturę anody, która niweluje efekt pęcznienia krzemu, eliminując konieczność stosowania zewnętrznego nacisku. To właśnie ta innowacja pozwoliła na osiągnięcie 500 cykli ładowania z utrzymaniem 80 proc. pojemności i 700 cykli przy zachowaniu 70 proc. Christian Rood, CEO LeydenJar, podkreśla, że to “kamień milowy, który otwiera drzwi do masowego wdrożenia krzemowych anod w pojazdach elektrycznych i urządzeniach mobilnych”.
Czytaj też: Nie ma anody, a i tak naładuje się do poziomu 80 procent w 15 minut. Ten akumulator to prawdziwy gamechanger
Porowata struktura anody działa jak elastyczna siatka, umożliwiająca swobodną ekspansję i kurczenie się krzemu bez ryzyka uszkodzeń. To podejście jest wynikiem wieloletnich badań nad morfologią materiałów i ich zachowaniem w ekstremalnych warunkach pracy akumulatorów. W efekcie powstał materiał, który łączy wysoką pojemność z trwałością, spełniając rygorystyczne wymagania przemysłu motoryzacyjnego i elektronicznego.
Nowa technologia LeydenJar ma potencjał, by znacząco wpłynąć na rozwój pojazdów elektrycznych. Baterie o 50 proc. większej gęstości energii umożliwią produkcję lżejszych pojazdów o większym zasięgu, co jest jednym z najważniejszych czynników decydujących o wyborze samochodów elektrycznych przez konsumentów. Nie mniej istotne są zastosowania w elektronice użytkowej. Smartfony, laptopy i smartwatche wyposażone w baterie z anodami krzemowymi mogą pracować dłużej bez potrzeby częstego ładowania, co jest jednym z najbardziej pożądanych udoskonaleń przez użytkowników.
LeydenJar nie jest jedyną firmą pracującą nad wdrożeniem krzemowych anod. Amerykańska Amprius Technologies ogłosiła niedawno opracowanie akumulatora do pojazdów elektrycznych, który ładuje się do 90 proc. w 15 minut, również dzięki zastosowaniu krzemu. Jednak to Holendrzy jako pierwsi wyeliminowali potrzebę stosowania zewnętrznego nacisku, co stanowi istotną przewagę konkurencyjną.
Według raportu BloombergNEF globalny rynek akumulatorów do EV osiągnie wartość 84 mld dol. do 2030 roku, a technologie oparte na krzemie mogą stać się jednym z kluczowych motorów tego wzrostu. LeydenJar już teraz współpracuje z czołowymi producentami ogniw i OEM-ami, aby wprowadzić swoje rozwiązania do masowej produkcji.
Wdrożenie krzemowych anod na szeroką skalę może zmienić zasady gry w branży akumulatorów. Jak zauważa Rood, “to dopiero początek drogi”. Firma planuje dalsze prace nad zwiększeniem cykli ładowania i dalszymi optymalizacjami procesu produkcyjnego, aby uczynić swoje akumulatory jeszcze bardziej konkurencyjnymi.