HPQ dépose une demande de brevet provisoire pour la fabrication à haut débit de matériaux d'anode à base de silicium

• Ce brevet provisoire s'appuie sur le brevet PUREVAP™ QRR existant de HPQ et sur un brevet de procédé de fabrication de SiOx en continu en cours d'homologation.
• La demande de brevet provisoire porte sur les appareils et les méthodes nécessaires à la production continue ou semi-continue de matériaux à base de silicium de haute technicité GEN3 et au-delà, adaptés aux anodes des batteries Li-ion.
• HPQ est en train de constituer un portefeuille de brevets axé sur les éléments technologiques nécessaires à la mise en place de processus de fabrication de matériaux d'anode à base de silicium intégrés verticalement, à faible émission de carbone, à faible coût et à haut rendement.

MONTRÉAL, Canada - HPQ Silicon Inc. ("HPQ" ou la "Société")(TSX-V : HPQ)(OTCQB : HPQFF)(FRA : O08), une société technologique spécialisée dans l'ingénierie verte des matériaux à base de silice et de silicium a le plaisir d'informer ses actionnaires d'un dépôt de brevet lié à ses initiatives de matériaux d'anode à base de silicium.

HPQ a déposé une demande de brevet provisoire en France, étendant son brevet en cours pour le processus de fabrication continue de SiOx. Le brevet décrit les technologies et les processus critiques nécessaires à la production continue ou semi-continue de matériaux à base de silicium de haute performance.

LE BREVET ELARGIT LE PORTEFEUILLE HPQ DE SILICIUM POUR LES TECHNOLOGIES PROPRIETAIRES BASEES SUR DES BATTERIES

Comme indiqué précédemment, la filiale française de HPQ, NOVACIUM SAS ("Novacium"), a démontré une capacité unique à produire des matériaux d'anode à base de silicium qui peuvent.. :

• Fournissent plus de 4 000 milliampères-heure (mAh) dans les batteries lithium-ion 18650 dans des conditions de décharge maximale [1],
• Conserver 3 608 mAh, soit 93 % de sa capacité, après 300 cycles dans le cadre d'un protocole de test rigoureux [2], et
• S'intégrer de manière transparente dans les processus de fabrication existants, sans nécessiter de réoutillage ou de révision coûteux.

Dans le cadre de sa stratégie de fabrication et de commercialisation de matériaux à base de silicium technique capables de fournir ces résultats à grande échelle, HPQ a déposé une demande de brevet afin d'étendre ses capacités en aval au-delà du processus de fabrication continue de SiOx breveté existant. Cette demande couvre l'appareil et les méthodes nécessaires à la production continue ou semi-continue à haut débit des matériaux à base de silicium technique GEN3 et au-delà, adaptés aux anodes des batteries Li-ion.

"Bien que le silicium (Si) soit abondant et rentable, et qu'il offre d'immenses possibilités pour faire progresser la technologie du stockage de l'énergie, en particulier dans les batteries, l'intégration du silicium dans les systèmes de batteries présente encore des défis techniques et économiques", a déclaré Bernard Tourillon, président-directeur général de HPQ Silicon Inc. "Les matériaux haute performance à base de silicium couverts par ce brevet peuvent surmonter bon nombre de ces obstacles, ce qui permet de libérer tout le potentiel du silicium et d'en faire une solution viable pour le stockage de l'énergie de la prochaine génération dans diverses industries."

LA FABRICATION DE MATÉRIAUX DE BATTERIES HAUTE PERFORMANCE À BASE DE SILICIUM, UN PROCESSUS EN PLUSIEURS ÉTAPES

Étape 1 : Transformation du quartz (SiO₂) en silicium de qualité métallurgique (MG Si)
Cette étape consiste à utiliser un processus carbothermique pour transformer le quartz (SiO₂) en silicium de qualité métallurgique (1N à 2N Si, ou MG Si), puis à raffiner le MG Si en silicium de qualité métallurgique améliorée (3N à 4N Si, ou UMG Si).

Les procédés industriels actuels de production de silicium sont à forte intensité de capital, avec des incréments de production minimum de 30 000 à 50 000 tonnes par an (TPY) [3] et s'accompagnent de coûts variables élevés [4]. La production d'une tonne de MG Si nécessite 6 tonnes de matières premières et environ 12 000 kWh d'énergie. Le raffinage du MG Si en UMG Si implique des étapes de purification supplémentaires, qui augmentent encore les coûts variables et contribuent à l'empreinte CO2 élevée.

Le réacteur de réduction du quartz PUREVAP™ breveté par HPQ (QRR) offre un processus carbothermique fermé avec une empreinte CO2 nulle [5]. Il est évolutif par incréments aussi faibles que 1 000 TPY et peut convertir le quartz directement en silicium de qualité métallurgique améliorée en une seule étape, en utilisant 25 % de matières premières en moins.

Actuellement, le MG Si se vend entre 2 et 3 dollars par kg, tandis que le UMG Si se vend entre 4 et 6 dollars par kg [6].

Étape 2 : Fabrication du SiOx, la matière première clé
Le SiOx est fabriqué par sublimation du quartz (SiO₂) et du silicium de qualité métallurgique améliorée (UMG Si) dans des réacteurs. Les procédés industriels actuels de production de SiOx sont basés sur le traitement par lots, ce qui limite la productivité, augmente les coûts et entraîne une plus grande consommation d'énergie.

Le procédé breveté de HPQ répond à ces limitations en passant à une production continue de SiOx. Ce procédé permet de tripler la productivité, de réduire la consommation d'énergie de 20 % et de diminuer les coûts de 25 à 30 %. En outre, il produit des matériaux à base de silicium de meilleure qualité, plus homogènes et moins contaminés, ce qui les rend mieux adaptés au marché des batteries avec une faible empreinte carbone [5].

Un autre avantage clé est que ce processus peut être intégré de manière transparente dans le QRR de HPQ sans nécessiter de changements significatifs dans la conception du réacteur, ce qui minimise les risques de développement technologique.

En fonction de la pureté et de la qualité, le SiOx se vend actuellement entre 10 et 20 dollars américains par kg [6].

Étape 3 : Encapsulation du SiOx dans le carbone
Les procédés industriels actuels d'encapsulation du SiOx dans le carbone sont basés sur le traitement par lots, ce qui limite la productivité, augmente les coûts et entraîne une plus grande consommation d'énergie. Le nouveau procédé de HPQ vise à passer à une production continue ou semi-continue de SiOx à haut débit avec encapsulation de carbone, en augmentant la productivité, en réduisant la consommation d'énergie et en diminuant les coûts de fabrication.

En fonction de la pureté, de la qualité et des performances, le SiOx encapsulé dans du carbone se vend actuellement entre 25 et 50 dollars américains par kg [6].

Étape 4 : Transformation du matériau en matériaux anodiques à base de silicium de haute technicité
La transformation du matériau produit à l'étape 3 en matériaux anodiques à base de silicium de haute technicité améliore encore les performances des batteries, en fournissant une plus grande densité énergétique et une meilleure efficacité globale pour les solutions de stockage d'énergie de la prochaine génération. Le nouveau processus de HPQ vise à passer à une transformation continue ou semi-continue des matériaux produits à l'étape 3 en matériaux d'anode à base de silicium de haute technicité. Cette approche permettra d'augmenter la productivité, de réduire la consommation d'énergie et de diminuer les coûts de fabrication.

Aujourd'hui, les matériaux d'anode à base de silicium de haute technicité coûtent entre 60 et 100 dollars par kilogramme [5], en fonction de leur qualité et de leurs performances.

"Cette nouvelle demande de brevet, ainsi que le potentiel validé de notre matériau, renforce notre proposition de valeur unique sur le marché des matériaux d'anode à base de silicium", a ajouté M. Tourillon. "Ce qui nous différencie vraiment des autres acteurs du secteur, c'est que notre principale matière première est le silicium métallique métallurgique à faible coût, plutôt que le gaz monosilane (SiH4) [7], beaucoup plus cher et volatil, qui nécessite également un processus coûteux de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) pour produire des matériaux à base de silicium de qualité batterie".

LE MARCHÉ DES MATÉRIAUX À BASE DE SILICIUM DEVRAIT CROÎTRE PARALLÈLEMENT À L'AUGMENTATION DE LA DEMANDE DE BATTERIES AU LITHIUM.

Environ 95 % du matériau d'anode des batteries Li-ion actuelles est du graphite [8]. Le matériau à base de silicium de HPQ, capable de s'intégrer de manière transparente dans les processus de fabrication existants et de remplacer plus de 10 % de ce graphite sans réoutillage ou révision coûteux, devrait nous permettre de capturer une part importante du marché adressable, allant de 10 % à 15 % du marché total du graphite, à la fois aujourd'hui et dans l'avenir.

Selon les estimations de Benchmark Minerals Intelligence (BMI), le marché mondial du graphite en volume devrait passer d'environ 700 000 tonnes en 2021 à 4,5 millions de tonnes en 2030 [9]. Cette croissance se traduit par un marché potentiel de 450 000 à 675 000 tonnes pour notre matériau d'ici 2030, évalué entre 22,5 et 33,8 milliards de dollars US [10].

"La stratégie de HPQ se concentrera d'abord sur la production de matériaux à base de silicium pour les marchés 3C (Computer, Consumer et Communication), car ce marché de 12 milliards de dollars US aujourd'hui, qui devrait atteindre 38,3 milliards de dollars US en 2030 [11], est parfaitement adapté aux matériaux que nous avons déjà validés à ce stade de notre développement", a ajouté M. Tourillon. "Notre marché s'étendra également au stockage de l'énergie et aux véhicules électriques.

LES SOURCES DE RÉFÉRENCE

[1] Lien vers le communiqué de presse de HPQ du 30 juillet 2024.
[2] Lien vers le communiqué de presse de HPQ du 8 octobre 2024.
[3] Estimations de la direction basées sur la taille des dernières nouvelles usines de silicium métal construites en dehors de la Chine, Mississippi Silicon et la dernière usine de production de silicium métal en Islande.
[4] Estimations de la direction basées sur un examen du Ferroglobe Investors Deck depuis 2014.
[5] Lien vers le communiqué de presse de HPQ du 27 juin 2023.
[6] Estimations de la direction basées sur des devis confidentiels reçus pour des matériaux par une société affiliée à HPQ.
[Le gaz silane présente plusieurs risques importants qui le rendent particulièrement dangereux. Il est hautement inflammable et pyrophorique, ce qui signifie qu'il peut s'enflammer spontanément lorsqu'il est exposé à l'air. En outre, lorsque le silane est inhalé, il peut se transformer en acide silicique dans l'organisme, entraînant une irritation des tissus et d'autres problèmes de santé. Enfin, la production de gaz silane implique l'utilisation de matériaux extrêmement dangereux, notamment des produits chimiques toxiques, corrosifs et nocifs pour l'environnement.(Source : Solar Industry Magazine)
[8] Lien vers la source pour Graphite dans les batteries
[9] Lien vers la source des estimations de Benchmark Minerals Intelligence ("BMI").
[10] Le montant de 22,5 milliards de dollars US est obtenu en multipliant 450 000 t par 50 dollars US par kg, tandis que le montant de 33,8 milliards de dollars US est obtenu en multipliant 600 000 t par 50 dollars US par kg.
[11] Lien vers la source pour la date du marché 3C.