Millores de les bateries de Ió-Li.

De tots els elements de la taula periòdica, el silici té la més alta capacitat de combinar-se amb el liti. Pot contenir deu vegades més ions de liti que els comuns ànodes de grafit de les bateries actuals d'ió de liti. Diversos fabricants d'automòbils i startups de bateries, estan buscant ànodes de silici per a la propera generació de bateries de vehicles elèctrics més lleugers i siguin de llarg abast.

Amprius Technologies de Fremont, Califòrnia ha fet saber que disposa d'una bateria amb ànode de silici amb gairebé el doble de densitat d'energia que la majoria de bateries que hi ha avui en dia per vehicles elèctricss. PEr altre banda, el laboratori d'assaitjos i certificacions Mobile Power Solutions,  va verificar la densitat d'energia de 500 Wh/kg d'aquesta nova bateria.

Les típiques bateries utilitzades per Tesla i altres fabricants es troben en el rang de 250 a 300 Wh/kg de manra que les cel·les d'Amprius Technologies, tindrien el doble d'autonomia per a un mateix pes del vehicle o, es possible tenir la mateixa autonimia amb una bateria més lleugera i així, incrementar l'eficiència del quilometratge del cotxe.

Amprius està orientada per  aplicacions de l'aviació militar. Airbus utilitza bateries Amprius en la seva plataforma totalment solar elèctrica, anomenada Zephyr, per a les telecomunicacions i l'observació de la Terra. També,  BAE Systems està utilitzant les seves bateries pels seus avions de vigilància no tripulats.

L'objectiu del proper mercat de l'aviació, és el vol elèctric comercial, incloent drons i transport aeri urbà. Els taxis aeris necessiten bateries que  puguin emmagatzemanr molta energia i també es pugui lliurar ràpidament. Els vehicles voladors han d'enlairar-se i aterrar i en ambdós casos necessiten una gran potència. 

Els ànodes de silici són perfectes per a això. En teoria, poden emmagatzemar 3.600 mAh/g de liti teoria, en comparació amb els 372 mAh/g del grafit. També són molt prims i porosos, de manera que els ions que entren i surten de l'estructura són molt ràpids i aaaixò significa que donen una càrrega ràpida i una descàrrega d'alta de potència. Per exemple, el desembre del 2021, Amprius va demostrar fer una càrrega del 80%  de la seva bateria només en sis minuts.

L'elevada energia i també potència, provenen de l'ús de silici pur. Altres competidors combinen silici,  ja sigui com a partícules esfèriques o nanocables, amb grafit. Però Amprius fa créixer directament el nanocables de silici des del substrat del col·lector i no barreja cap grafit ni aglutinant, la qual cosa accelera el moviment dels ions de liti.

Tanmateix, queda per veure quan les bateries d'ànode de silici tindran gran presdencia en el meercat pels taxis aeris i als vehicles elèctrics. Amprius es va fundar el 2008 gràcies a particiapr en una investigació de la Universitat de Stanford. Des de llavors, les millores en els materials i el disseny de les cel·les han augmentat lentament el rendiment; la densitat d'energia ha augmentat al voltant d'un 10 % anual durant l'última dècada.

Però l'alt cost i el baix volum de producció dels ànodes de silici pur són els obstacles que ara hi ha que resodre. Actualment, l'empresa produeix bateries a petita escala per pilots. 

Amprius diu que tenen previst augmentar la fabricació per fer bateries prou grans a un cost raonable per a taxis voladors. A principis de març, va anunciar  la intenció de fer una instal·lació a Brighton, Colorado, que serà capaç de produir 5 GWh de bateries d'ions de liti basades en ànode de silici. La instal·lació, que s'obrirà el 2025, està finançada en part per una subvenció de 50 milions de dòlars rebuda l'octubre del 2022 del Departament d'Energia dels EUA.

Entrar al mercat dels vehicles elèctrics requerirà un cost unitari encara més baix, cosa que trigarà més temps. La diferència entre el que han aconseguit i on en aquest moments es troba la indústria  és molt gran. És una tecnologia molt diferent. És com comparar ions de liti amb hidrur de níquel-metall o plom-àcid. Aquest es el salt real que cal fer.

Font:  Prachi Patel és un periodista independent amb seu a Pittsburgh. Escriu sobre energia, biotecnologia, ciència dels materials, nanotecnologia i informàtica.