Wenn wir die Batterie der Zukunft mit Komponenten aus reichlich Silizium entwickeln, kann die Speicherkapazität erheblich gesteigert werden.
Während sich die Welt rasch auf elektrifizierte Energienetze und Verkehrssysteme umstellt, ist ein gemeinsames Problem entstanden. Die Speicherkapazität von Batterien, die für die Versorgung einer zunehmend elektrifizierten Wirtschaft erforderlich sind, kann nicht Schritt halten.
Die Speicherung von Energie ist von Natur aus kostspielig, und deshalb haben wiederaufladbare Batterien damit zu kämpfen, kosteneffektiv zu bleiben. Die wiederaufladbare Standardbatterie ist eine Lithium-Ionen-Batterie. Da erneuerbare Energien und Elektroautos immer billiger und effizienter werden, ist die Nachfrage nach gespeicherter Energie erheblich gestiegen.
Leider hat die Batteriespeicherung nicht das gleiche Innovationstempo erreicht, was ein Hindernis für Volkswirtschaften darstellt, die auf Elektroantrieb umsteigen wollen. Die gute Nachricht ist, dass durch die Entwicklung einer Batterie, die Komponenten aus Silizium enthält, die Kapazität der Batteriespeicherung erheblich gesteigert werden kann.
Die Bedeutung solcher Verbesserungen kann nicht unterschätzt werden, da die Volkswirtschaften immer stärker auf die Batterietechnologie angewiesen sein werden, um ihre Wirtschaft anzukurbeln.
Es besteht auch die Möglichkeit, dass Innovationen bei der Batteriespeicherung das Tempo beschleunigen, mit dem die kohlenstofffreie Technologie in großem Maßstab eingeführt wird.
Das Verständnis der Mechanik von wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien ist ziemlich einfach, da sie in 3 Hauptteile unterteilt werden können. An einem Ende befindet sich eine positive Elektrode (in einer Batterie als Kathode bezeichnet, gekennzeichnet durch das +-Zeichen), am anderen Ende eine negative Elektrode (in einer Batterie als Anode bezeichnet, gekennzeichnet durch das --Zeichen).
Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEVs) werden mit Strom betrieben, der in einer Batterie gespeichert ist, die wiederum einen Elektromotor antreibt und die Räder dreht. Wenn die Batterien leer sind, werden sie mit Netzstrom aufgeladen, was über eine Steckdose oder eine Ladestation geschehen kann
In der Mitte der Batterie, zwischen der Kathode und der Anode, befindet sich ein Elektrolyt. Durch eine chemische Reaktion in der Batterie sammeln sich in der Anode (-) Elektronen an, die versuchen, sich voneinander zu entfernen.
Der Grund dafür ist die natürliche Tendenz der Elektronen, sich aufgrund ihrer gemeinsamen negativen elektrischen Ladung gegenseitig abzustoßen. Der Elektrolyt in der Mitte der Batterie verhindert, dass sich die Elektronen zur Kathode (+) ausbreiten.
Wenn die Batterien in ein Gerät eingesteckt werden, entsteht ein geschlossener Stromkreis, und die Elektronen fließen über die Anode (-) durch den Stromkreis und versorgen das Gerät, bis sie die Kathode (+) erreichen.
Beim Aufladen einer Batterie wird die Richtung der Elektronen einfach umgekehrt, indem eine andere Energiequelle, z. B. Sonnenenergie, genutzt wird.
In Lithium-Ionen-Batterien wird die Anode normalerweise aus Graphit, einer natürlichen Form von Kohlenstoff, hergestellt. Wenn man das Material der Anode von Graphit auf Silizium umstellt, können Batterien etwa die zehnfache Energiemenge speichern.
Silizium ist die energiereichste Substanz der Welt, was bedeutet, dass es für Batterieanoden wesentlich effizienter ist als Graphit. Außerdem gibt es Silizium im Überfluss, denn es ist nach Sauerstoff das zweithäufigste Element auf der Erde.
Der Überfluss an Silizium würde sich wahrscheinlich in niedrigeren Herstellungspreisen für wiederaufladbare Batterien niederschlagen, da es ein nahezu unbegrenztes Angebot gibt.
Die Verbesserung der Speicherkapazität von Batterien bedeutet, dass Siliziumanodenbatterien, wenn sie in industriellem Maßstab auf den Markt kommen, entscheidende Vorteile gegenüber ihren herkömmlichen Gegenstücken mit Kohlenstoffanoden haben werden.
Elektroautos, grüne Energie und persönliche elektronische Geräte werden unter anderem durch die Fähigkeit, die Energiekapazität von Siliziumanoden nutzbar zu machen, revolutioniert werden. Elektroautos werden in der Lage sein, mit einer einzigen Ladung wesentlich weiter zu fahren, was ihre Rentabilität massiv erhöht.
Im Bereich der grünen Energie könnte eine verbesserte Batteriespeicherung zu neuen Optionen für die Energieerzeugung in Privathaushalten führen und die Lebensqualität in Gemeinden verbessern, die vom kanadischen Stromnetz abgeschnitten sind.
Siliziumbatterien stehen kurz davor, die Batteriespeicherung zu revolutionieren, und unsere innovative PUREVAP™-Technologie hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt und ist inzwischen sehr vielversprechend.
Während wir die zahlreichen Möglichkeiten der Verwendung von Silizium in Batterien erforschen und testen, ist eines sicher: Siliziumbatterien werden Graphit in der Batterie der Zukunft effektiv ersetzen.
HPQ Silicon ist ein in Quebec ansässiger Tier-1-Industrieemittent der TSX Venture Exchange. Mit der Unterstützung der erstklassigen Technologiepartner PyroGenesis Canada und NOVACIUM SAS entwickelt das Unternehmen neue umweltfreundliche Verfahren, die für die Herstellung der entscheidenden Materialien, die zur Erreichung von Netto-Null-Emissionen erforderlich sind, entscheidend sind.
