Альтернативы графиту в электромобильных батареях.

Альтернативы графиту в электромобильных батареях.

Графит составляет большую часть (95%) анода типичной литий-ионной батареи, устанавливаемой на аккумуляторный электромобиль (BEV), а на киловатт-час энергии батареи требуется примерно 1 кг графита, что делает его по весу наиболее важным элементом батареи.

Китай занял доминирующее место в поставках высококачественного обработанного графита, необходимого для батарей BEV, и, по оценкам аналитиков, на его долю приходится около 85% мировых поставок. Эта страна не только обладает значительными запасами природного графита, но и почти добилась монополии на промышленные процессы, необходимые для преобразования материала из добытого ("чешуйчатого") состояния в высокочистый сферический графит, используемый для производства анода батареи.

Существует альтернатива природному графиту - это синтетический графит, изготовленный с использованием нефти в качестве сырья. На самом деле производители аккумуляторных элементов предпочитают синтетический графит, поскольку его более однородная структура способствует увеличению срока службы батареи. Оценки показывают, что он обогнал природный графит в производстве современных литий-ионных аккумуляторов BEV, а аноды часто состоят из смеси природного и синтетического графита. Здесь есть одна или две загвоздки. Он также дороже, чем природный графит, и даже менее экологичен, Но, как оказалось, Китай также доминирует в мировых поставках синтетического графита. На графике показано, как будет расти спрос на графит аккумуляторного класса для сектора BEV в этом десятилетии, если предположить, что он останется единственным анодным материалом.

Только в последнее время, в связи с ожидаемым ростом спроса на графит со стороны сектора аккумуляторных транспортных средств, за пределами Китая были созданы проекты, способные обеспечить производство графита аккумуляторного качества в больших масштабах. В центре внимания находится Австралия, но проекты разрабатываются и в Канаде, на Аляске, в Африке и в Европе. Растущий спрос на графит делает эти проекты жизнеспособными, но также повышает цену на графит аккумуляторного класса, особенно когда он производится на территориях, где побочные продукты переработки контролируются более жестко (чем в Китае).

Эти проблемы, связанные со стоимостью, производительностью батареи (есть ли лучшая альтернатива графиту?), проблемами экологии и безопасностью поставок, привели к длительному поиску альтернатив графиту в качестве анодного материала.

Возможно ключевым фактором является производительность батареи, хотя растущее давление на графитовую промышленность и ее доминирование в Китае не следует игнорировать. В то время как литий-ионные аккумуляторы (по крайней мере, до недавнего времени) подешевели, темпы повышения их производительности при использовании современных технологий замедлились. В то же время промышленность массово переориентировалась на производство литий-ионных аккумуляторов, а не каких-либо других типов. Была проделана большая работа по изменению химического состава катодов, будь то для улучшения характеристик (дальности и времени зарядки) или для того, чтобы избежать использования спорных материалов (таких как кобальт). Но есть ограничения и компромиссы в том, чего можно достичь.  В случае с обычными литий-ионными батареями это компромисс между накоплением энергии, долговечностью и весом / размером упаковки. Уже давно известно, что использование кремния в качестве анодного материала может значительно повысить плотность энергии.