أنود السيليكون والكربون: الإنجاز الرئيسي لعصر كثافة الطاقة العالية

نظرة عامة على السيليكون والكربون الأنود: الاختيار الحتمي وراء حدود الجرافيت

أنود الجرافيت يصل إلى حده الأقصى للأداء

حاليًا، يُهيمن الجرافيت على مواد أنود بطاريات الليثيوم، مُمثلًا أكثر من 80% من السوق. تبلغ سعته النظرية 372 مللي أمبير/ساعة، بينما وصل أداؤه العملي بالفعل إلى حوالي 360 مللي أمبير/ساعة، وهو ما يُقارب الحد النظري.
مع ذلك، مع تزايد طلب المركبات الكهربائية، وإلكترونيات 3C، وأنظمة تخزين الطاقة على كثافة طاقة أعلى وشحن أسرع، لم تعد أنودات الجرافيت قادرة على تلبية هذه المتطلبات. لذا، برزت أنودات السيليكون كحل الجيل القادم الوحيد القابل للتطوير.

القدرة النظرية العالية للسيليكون والتي تبلغ 4200 مللي أمبير/جرام

يتمتع السيليكون بسعة نظرية تتجاوز 4200 مللي أمبير/ساعة/غرام - أي أكثر من عشرة أضعاف سعة الجرافيت - مع إمكانية منخفضة لتفاعل الليثيوم (0.3-0.5 فولت مقابل الليثيوم/ليثيوم+) وأداء شحن سريع ممتاز. علاوة على ذلك، يُعد السيليكون ثاني أكثر العناصر وفرةً في قشرة الأرض، مما يجعله متاحًا على نطاق واسع وبسعر منافس.
مع ذلك، يكمن عيبه الرئيسي في تمدد حجم 300% أثناء عملية الليثيوم، مما يؤدي إلى تفتيت الجسيمات، وتمزق غشاء SEI، وتلاشي السعة بشكل حاد (300-500 دورة فقط). كما أن الكفاءة الكولومبية الأولية (ICE) منخفضة نسبيًا (65-85% مقابل 90-94% للجرافيت).

مزايا وتحديات أنودات السيليكون والكربون: الطاقة العالية تواجه الحواجز الهندسية

المزايا

• 20–50% كثافة طاقة أعلى:عند الاقتران مع الكاثودات عالية النيكل، تمكن أنودات Si-C من تحقيق كثافات طاقة الخلية التي تتجاوز 300 واط/كجم.
• أداء شحن سريع فائق:يسمح سلوك الليثيوم المتساوي الخواص للسيليكون بالشحن بمعدلات عالية، وهو مثالي للهواتف الذكية ذات الذكاء الاصطناعي وأجهزة الكمبيوتر الشخصية والخلايا الأسطوانية الكبيرة مثل 4680.
• المواد الخام الوفيرة:يتمتع السيلان ومسحوق السيليكون وثاني أكسيد السيليكون بسلسلة توريد محلية كاملة، مما يضمن أمن الموارد واستقرار التكلفة.

سلبيات

• توسعة الحجم الكبير:يشكل توسع 300% تحديات على مستوى النظام فيما يتعلق بتصميم الأقطاب الكهربائية، والمواد الرابطة، والشوارد، والشبكات الموصلة.
• كفاءة أولية منخفضة:إن فقدان الليثيوم بشكل كبير أثناء الدورة الأولى يتطلب تعويض الليثيوم المسبق أو تعويض الليثيوم بالكاثود، مما يزيد من التكلفة وتعقيد العملية.
• دورة حياة محدودة:تعتمد التحسينات على الهندسة النانوية، والهياكل الكربونية المسامية، والمواد الرابطة المرنة (على سبيل المثال، PAA)، والأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار، وإضافات الإلكتروليت (FEC/VC).
• التكلفة العاليةفي عام ٢٠٢٤، سيبلغ سعر أنودات السيليكون والكربون الممتازة حوالي ٢٠٠,٠٠٠ ين ياباني للطن، وهو سعر أعلى بكثير من سعر الجرافيت (٣٠,٠٠٠-٥٠,٠٠٠ ين ياباني للطن). وسيعتمد خفض التكلفة على التوسع، وتوطين المعدات، والإنتاج الذاتي للسيلان.

مسحوق ملحمي: متقدم طحن و تصنيف حلول لأنودات السيليكون والكربون

مع أكثر من 20 عامًا من الخبرة في مجال المواد فائقة الدقة هندسة المساحيق, مسحوق ملحمي توفر حلولاً متكاملة لمواد أنود السيليكون والكربون - من طحن على نطاق النانومتر ل التصنيف الدقيق والكربون طلاء.

• يستخدم الغاز الخامل مطحنة نفاثة لمنع الأكسدة والتلوث.
• يستخدم أنظمة تصنيف الحلقة المغلقة للحصول على نتائج دقيقة حجم الجسيمات يتحكم.
• يدعم الطحن المركب من السيليكون النانوي والجرافيت والكربون الموصل.
• تقدم خطوط إنتاج قابلة للتخصيص على نطاق المختبر، وعلى نطاق تجريبي، وعلى نطاق الإنتاج لتسريع التصنيع.

من خلال تقنية الطحن عالية الكفاءة والتصنيف الدقيق لـ EPIC POWDER، تحقق مواد أنود السيليكون والكربون التحكم حجم الجسيماتبنية مستقرة، ومساحة سطح محددة مُحسّنة - مما يُحسّن الأداء ويُخفّض التكلفة. تواصل EPIC POWDER تمكين الجيل القادم من مواد بطاريات الليثيوم عالية الطاقة بحلول معالجة المساحيق المتقدمة.