2024年1月18日 星期四

「粉末電池」10分鐘充飽、續航800公里!Panasonic攜手Sila一起狂!



Sila,這家位於加州、由特斯拉第七位員工,於2011年共同創立的公司,將向Panasonic提供美國製造的矽粉末,用於電動車電池,這很可能將消除里程焦慮、縮短充電時間,甚至減少對中國大陸的依賴。 

Panasonic在美國的主要客戶是特斯拉,並生產全球大約10%的電動車電池。去年,Sila與M-Benz賓士簽署了一項供應協議,用於賓士長續航G-class電動SUV,預計將於2025年亮相。(其實賓士早在2019年,就投資了Sila公司。) 

Sila的Titan矽陽極粉末,由納米矽的微米級粒子組成,取代了傳統鋰離子電池中的石墨。 這種替換對於電動車來說,不久的將來很可能達到800公里的續航里程,和10分鐘的超快速充電目標。 

更重要的是,陽極更換不需要新的製造技術。 

這種黑色粉末已經應用於最新的「Whoop活動追踪穿戴設備」(就是類似智慧手環的東西),提供長達五天的電池壽命。

Sila 聯合創辦人兼 CEO ,Gene Berdichevsky 表示: 「我們花了12年和8萬次嘗試才達到目標,這是高度複雜的科學。」

Berdichevsky於2004年成為特斯拉第七位員工。 他曾負責特斯拉Roadster電池系統,離開時公司大約有300名員工。 他與特斯拉同事Alex Jacobs,和喬治亞理工學院的材料科學教授Gleb Yushin共同創辦了Sila。 

與石墨相比,矽能存儲多達10倍的能量,因此使用矽代替石墨作為陽極——就是放電時釋放電子的部分——可以顯著提高電池的能量密度。 但,材料在重複充電過程中會膨脹,此時產生的裂紋會大幅降低電池壽命。 

Sila的技術通過納米級碳“支架”來控制矽的膨脹。 

Berdichevsky說:「Titan矽是一種納米複合材料。它就像葡萄乾麵包,葡萄乾是矽,周圍有軟糯的基質,粒子本身有一個大外皮。外皮保持空間,葡萄乾膨脹時麵包會讓位。支架不是固定矽的——它是為了適應膨脹。」

這個專利支架過程,產生的微米級粉末隨後運送給電池製造商。 

Berdichevsky表示:「我們可以替換鋰離子電池中50%到100%的石墨。」

全面替換可能為傳統電動車增加40%的續航里程,並將充電至80%所需時間縮短到「加滿一箱汽油」的時間而已。 

Sila表示,Titan矽比石墨輕約五倍,且在完全充電時占用的空間大約是一半而已。 

Panasonic在宣布與Sila達成協議的新聞稿中表示,其目標是到2030年將電池的容積能量密度提高到每升1kWh。 

Berdichevsky說:「這是一個非常高的指標。今天世界上最好的電池大約是每升0.74kWh,這也是固態電池開發商聲稱他們可以達到的數字。而我們很快就能用現在就有的技術,達到這個水平。」

石墨是世界上最普及的陽極材料,幾乎存在於每一塊鋰離子電池中,並佔電池體積的高達60%。根據國際能源署的報告,目前約有四分之三的電動車電池在中國大陸製造。

礦業諮詢公司Benchmark Mineral Intelligence估計,中國大陸生產全球61%的天然石墨,並精煉98%的成品石墨材料。

矽是地殼中第二豐富的元素(氧氣排第一),用於矽烷氣生產的高純度石英在美國開採。自2017年以來,Sila為消費電子產品製造的陽極粉末,一直在位於加州的公司總部試驗設施中製造。

然而,為了實現汽車級的生產規模,該公司目前正在華盛頓州,摩西湖的一個60萬平方英尺玻璃纖維工廠,進行設備安裝,最初聘用100名當地人,隨著公司發展,計劃再增加600人。

摩西湖以其馬鈴薯聞名,但僅僅是地圖上西雅圖和斯波坎之間的一個小點,現在成為一個水電中心,吸引了關注該地區廉價、清潔能源的下一代產業。

Berdichevsky表示,如果你要向歐洲客戶供貨,現在有必要脫離所謂「骯髒的電網」。 因為歐洲議會在6月通過的一項法規,使Sila選擇在該鎮設立基地,成為明智之舉。布魯塞爾現要求,每一塊銷往歐盟市場的電動車電池,都必須貼上標籤,聲明其「碳足跡」。

「電池護照」必須通過供應鏈,數位追蹤電池及其材料。 

2022年的降低通貨膨脹法案 (IRA),也有供應鏈的要求。 要獲得電動車補貼,電池礦物必須在國內或盟友國家採購。這項專注於氣候變化的法案要求,從今年開始,美國必須自行採購40%的礦物,並從2027年起上升到80%。

IRA還禁止使用來自「外國關注實體」的關鍵礦物、電池材料和其他組件。

Berdichevsky說:「如果你的電池使用了來自中國的任何材料,那麼你的客戶將無法享受7500美元(約新台幣21萬元)的稅收抵免。」

很明顯,所謂的「外國關注實體」,針對的就是中國大陸。 

Sila並不是唯一被摩西湖清潔能源吸引的、專注於汽車的,矽納米複合材料製造商。在前玻璃纖維工廠下路一英里處,Group14 Technologies公司,已經開始建設一座新廠,將為保時捷生產類似的粉末。

這家德國汽車製造商去年投資Group14公司6.14億美元(約台幣180億,人民幣41億元)融資。 

當這家成立7年的公司於2024年開廠時,它將每年生產,足夠其SCC55陽極粉末,供應20萬輛電動車。

Berdichevsky還說:「有些公司有合作夥伴一起研究,但他們都還在開發階段,而我們已經準備好進行大規模生產製造。」

並非巧合的是,摩西湖還是REC Silicon的所在地,這是一家之前被關閉的光伏行業供應商,現在是美國僅有的兩家矽烷氣製造商之一。 

Group14將在當地採購;而Berdichevsky並未透露Sila的矽烷氣採購來源。

這兩家公司都獲得了1億美元(約新台幣30億元、人民幣7億)的聯邦補助金,用於建設他們的矽陽極工廠。然而,他們僅僅是美國矽陽極生產商中的兩個。

加州的OneD Battery Sciences和Amprius公司正在發展矽納米線,他們聲稱這些矽納米線比納米矽粉末更不容易膨脹。

Amprius由斯坦福材料科學教授崔毅於2008年創立,專注於航空領域的矽陽極,而OneD Battery Sciences將其矽納米技術應用於通用汽車的Ultium電池。

加州的Enevate公司不是製造矽納米粒子或納米線,而是直接在銅箔上沉積納米級矽膜。他們的矽陽極電池,已經用於電動摩托車。

芝加哥初創公司NanoGraf,製造用於陽極的矽氧化物材料,並對其進行預膨脹以確保穩定性。他們的產品則用於軍用電子產品。

其他電池化學技術的開發者,正尋求途徑完全取代傳統鋰離子電池。

特斯拉已經在生產使用鋰鐵磷電池的汽車,豐田向業界內部人士展示了其固態電池,中國大陸的企業也正在開發幾乎不需要鋰、鎳或鈷的鈉離子(Na-ion)技術,此外,三星SDI正在完善自家的高錳電池。

在不斷增長的全球電動車市場中,以上所有技術都可能有一席之地。

實際上,英國的「高級推進中心」( Advanced Propulsion Centre)(他們專注於新興電池技術)表示:

『這種電力技術的轉變,並不是關於一種「電池化學」類型戰勝另一種,由於性能特點的緣故,這只是意味著需求各不相同而已。』

隨著現在車廠推出的車型,幾乎都帶電池裝置了,未來電池技術、百家爭鳴的場景將更加明顯,我想應該5年內就能實現「5分鐘充電80%的願望」吧。 

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