La tecnologia di stoccaggio dell'energia è di importanza critica nelle economie contemporanee, poiché la domanda globale di energia continua a crescere.
Attualmente, la tecnologia agli ioni di litio è la più diffusa a livello globale. Queste batterie sono ampiamente utilizzate nelle applicazioni più piccole, il che le rende dominanti nel mercato dell'accumulo portatile.
D'altra parte, per le applicazioni su larga scala, come le batterie per auto elettriche e i settori di accumulo dell'energia su scala pubblica, l'adozione è stata lenta e piuttosto impegnativa a causa delle capacità restrittive della tecnologia.
L'innovazione incentrata sull'uso del silicio negli anodi delle batterie ha dato vita a nuove potenzialità per le batterie agli ioni di litio. Attualmente le batterie agli ioni di litio sono progettate utilizzando anodi di grafite, in quanto la grafite presenta diverse qualità ottimali, come la stabilità strutturale e la bassa reattività elettrochimica.
Gli anodi di grafite hanno prestazioni costanti, ma la loro limitata capacità energetica li rende poco adatti ad affrontare l'elettrificazione globale. Gli anodi di silicio, invece, assorbono più litio delle loro controparti di grafite, con un sostanziale miglioramento dell'efficienza della batteria.
Dal punto di vista atomico, la sostituzione della grafite con il silicio come materiale primario dell'anodo agli ioni di litio migliorerebbe la sua capacità di accogliere ioni, perché ogni atomo di silicio può accettare fino a quattro ioni di litio, mentre negli anodi di grafite sei atomi di carbonio accolgono solo un litio.
La sostituzione della grafite con il silicio consente inoltre di produrre batterie di dimensioni più ridotte per i dispositivi elettronici e le auto elettriche e presenta un potenziale di aumento della carica delle batterie di dieci volte.
Sebbene la capacità di immagazzinamento degli anodi di silicio sia impressionante, i critici menzionano l'usura come uno svantaggio per la sua commercializzazione. Le batterie agli ioni di litio si contraggono e si espandono quando rilasciano e assorbono ioni di litio. Questo ciclo riduce la durata delle batterie agli anodi di silicio a causa dell'usura.
Ma non c'è da preoccuparsi: un recente studio dell'Università di Alberta ha risolto questo problema.
Lo studio ha dimostrato un'innovazione significativa nel migliorare la longevità degli anodi di silicio nelle batterie agli ioni di litio. I risultati hanno indicato che, man mano che le particelle diventano più piccole, [sono] in grado di gestire meglio la tensione che si verifica quando il silicio respira. In altre parole, più piccole sono le particelle di silicio, minore è l'usura.
Altri studi hanno confermato questo dato, affermando che le nanoparticelle di silicio (Si-NPs) di dimensioni inferiori a 150 nm evitano la formazione di fessure alla prima litizzazione, riducendo quindi lo sforzo meccanico e prevenendo la deformazione e la fessurazione degli elettrodi.
Il miglioramento della durata di vita degli anodi di silicio è fondamentale per ampliare le possibilità di stoccaggio delle batterie e la conseguente commercializzazione delle sue applicazioni che potrebbero rimodellare l'economia globale.
I veicoli elettrici a batteria (BEV) sono alimentati dall'elettricità immagazzinata in un pacco batterie, che a sua volta aziona un motore elettrico e fa girare le ruote. Una volta esaurite, le batterie vengono ricaricate utilizzando l'elettricità di rete, che può essere erogata tramite una presa di corrente o una stazione di ricarica.
Il prossimo passo verso la commercializzazione delle batterie agli ioni di litio con anodo di silicio consiste nel perfezionamento. Semplificando e standardizzando il processo di conversione del silicio in particelle di dimensioni nanometriche, il potenziale di mercato delle batterie con anodo di silicio (e dei prodotti che potrebbero potenzialmente utilizzarle) potrebbe essere notevolmente ampliato.
HPQ Silicon Resources sta sviluppando il progetto PUREVAP™ Quartz Reduction Reactor (QRR) in collaborazione con Pyrogenesis Canada Inc. Il progetto è un nuovo processo carbotermico (in attesa di brevetto) che consente la trasformazione e la purificazione del quarzo (SiO2) in silicio metallico di elevata purezza (4N+ Si) in un unico passaggio.
Dopo aver completato numerosi traguardi dalla sua nascita nel 2015, HPQ sta per avviare il suo impianto pilota PUREVAP™ QRR da 50 tonnellate all'anno Gen3. Questo processo dimostrerà la capacità dell'azienda di produrre silicio di elevata purezza a costi competitivi e di produrre materiali di silicio a valore aggiunto, qualificando e vendendo prodotti a potenziali clienti.
Il trasporto elettrico, in particolare, è un settore che si basa in modo massiccio sulle prestazioni delle batterie. È praticamente garantito che i veicoli elettrici (EV) otterranno un notevole incremento di competitività sul mercato una volta ampliato lo stoccaggio delle batterie e il progetto PUREVAP™ Quartz Reduction Reactor (QRR) di HPQ ha un ruolo importante da svolgere in questa equazione.
Il perfezionamento delle batterie agli ioni di litio con anodo di silicio in prodotti commercialmente validi è una prospettiva esaltante, poiché contribuirà a inaugurare l'era delle basse emissioni di carbonio e di un'economia globale elettrificata.
HPQ Silicon è un emittente industriale Tier 1 della TSX Venture Exchange con sede in Quebec. Con il supporto dei partner tecnologici di livello mondiale PyroGenesis Canada e NOVACIUM SAS, l'azienda sta sviluppando nuovi processi ecologici fondamentali per la produzione dei materiali critici necessari per raggiungere le emissioni nette zero.
