IDTechEx pregunta si los ánodos de silicio son la clave para la adopción masiva de vehículos eléctricos

IDTechEx pregunta si los ánodos de silicio son la clave para la adopción masiva de vehículos eléctricos

Maximizar la densidad energética ha sido un área clave de enfoque en el desarrollo de baterías para vehículos eléctricos. Las optimizaciones en los diseños de celdas y paquetes de baterías, junto con el uso de cátodos NMC y NCA con mayor contenido de níquel, han llevado a una mejora constante en la densidad de energía de las baterías durante los últimos 10 a 15 años. El límite de densidad de energía del diseño actual y las iteraciones de materiales se ha maximizado en gran medida. Sin embargo, está surgiendo en el horizonte un contendiente prometedor que ofrecerá una mejora radical: el silicio. IDTechEx pronostica que el mercado de material de ánodo de silicio para baterías de iones de litio superará los 24 mil millones de dólares para 2034.

Este artículo se basa en el nuevo informe de IDTechEx, " Tecnologías avanzadas de baterías de iones de litio 2024-2034: tecnologías, actores, pronósticos ", que incluye un análisis de los últimos desarrollos en ánodos de silicio.

Beneficios de rendimiento del ánodo de silicio

El silicio tiene una capacidad teórica de casi 3600 mAh/g (a temperatura ambiente), lo que ofrece la posibilidad de aumentar significativamente las densidades de energía reemplazando el grafito, que se utiliza como material de ánodo en la gran mayoría de las baterías de iones de litio. Al reemplazar el grafito, que tiene una capacidad de aproximadamente 360 ​​mAh/g, por silicio, se hacen factibles densidades de energía a nivel de celda superiores a 400 Wh/kg y 1000 Wh/l, con el potencial de casi duplicar la densidad de energía del estado. células comerciales de última generación en 2024. Este salto en la densidad energética podría traducirse en vehículos eléctricos con el doble de autonomía o dispositivos electrónicos con el doble de tiempo de ejecución.

Pero los beneficios del silicio van más allá de la capacidad y la densidad de energía. Muchas empresas de ánodos de silicio informan sobre capacidades mejoradas de energía y carga rápida, una métrica de rendimiento cada vez más importante para los vehículos eléctricos, así como para otras aplicaciones como herramientas eléctricas o dispositivos de consumo. Además, el voltaje más positivo del silicio en comparación con el grafito ayuda a reducir el riesgo de revestimiento de litio, lo que mejora la seguridad de la batería, otra preocupación cada vez más importante para la industria.

Se intensifican los esfuerzos de comercialización

Actualmente, los óxidos de silicio sólo se pueden utilizar en porcentajes de peso relativamente bajos, <10%, pero decenas de empresas, tanto grandes como pequeñas, están compitiendo para desarrollar materiales avanzados de ánodos de silicio que puedan permitir mayores porcentajes de silicio en las baterías. Las composiciones en las que predomina el silicio siguen siendo el objetivo de varios jugadores. La industria de las baterías se ha dado cuenta del potencial del silicio. IDTechEx estima que se han invertido más de 4 mil millones de dólares en empresas emergentes de ánodos de silicio. Parte de esto ahora está empezando a destinarse a la expansión de las capacidades de fabricación, las capacidades y las cadenas de suministro. Es importante destacar que los materiales y soluciones que están desarrollando algunas de estas empresas también están comenzando a calificarse e implementarse. Sila Nano ha utilizado materiales en el dispositivo portátil Whoop fitness, Amprius ha implementado baterías en drones y pseudosatélites de gran altitud (HAPS), mientras que Lightning Motors ofrecerá motocicletas eléctricas utilizando la tecnología de Enevate. Los fabricantes de equipos originales de automóviles también han tomado nota de la promesa de los ánodos de silicio, y empresas como Daimler, Porsche y GM invierten y se asocian con empresas de ánodos de silicio.

Los desafíos persisten

Sin embargo, aún quedan desafíos para la comercialización generalizada del silicio más allá de su uso como aditivo. La importante expansión del silicio durante el ciclo puede provocar problemas como consumo excesivo de electrolitos, pulverización de electrodos y pérdida de contacto eléctrico, de ahí el uso de silicio en porcentajes relativamente bajos en el ánodo. Se han realizado importantes esfuerzos para superar estos obstáculos, y los datos disponibles sugieren que se pueden lograr ciclos de vida de hasta 1000 ciclos, lo que hace que el silicio sea ampliamente adecuado para los automóviles eléctricos.

Más allá del ciclo de vida, la vida útil sigue siendo una preocupación, mientras que en el corto y mediano plazo, los materiales de ánodo de silicio probablemente seguirán teniendo un precio superior al del grafito en términos de US$/kWh. Esto puede restringir su implementación a aplicaciones donde la sensibilidad al precio es menor, como vehículos eléctricos de alta gama, aplicaciones militares o algunos dispositivos electrónicos.

En conclusión, los materiales avanzados de ánodo de silicio son inmensamente prometedores para mejorar aspectos clave del rendimiento de la batería, pero se deben abordar desafíos como el ciclo de vida, la vida útil y, lo que es más importante, el costo para una adopción generalizada. No obstante, el despliegue de ánodos con un mayor porcentaje de silicio en diversas aplicaciones parece inminente. La creciente escala y la innovación continua también brindan optimismo para reducir los costos de los materiales anódicos a base de silicio, haciéndolos accesibles para importantes segmentos de vehículos eléctricos del mercado masivo. Para conocer la cobertura y el análisis de IDTechEx sobre la variedad de tecnologías de ánodos de silicio, más de 30 actores que desarrollan materiales y soluciones y los últimos esfuerzos de comercialización, consulte su informe "Tecnologías avanzadas de baterías de iones de litio 2024-2034: tecnologías, actores, pronósticos".

Para obtener más información sobre este informe, incluidas páginas de muestra descargables, visite www.IDTechEx.com/AdvLithium .

Tecnologías avanzadas de baterías de iones de litio 2024-2034: tecnologías, actores, previsiones

Ánodos
Cátodos
Diseño de celdas y baterías.
Comercialización Distribución geográfica de las empresas de puesta en marcha de baterías. Fuente: IDTechEx Compartiendo este artículo usted puede ayudar a difundir valor a otros que están buscando este tipo de información. Si valora el trabajo que hacemos en Valenciacars para usted y le resulta útil, le queremos pedir un gran favor: por favor comparta el artículo en WhatsApp, en Facebook , en Twitter y sus demás redes
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