Las nuevas baterías de Panasonic con polvo proporcionarán una carga súper potente a los vehículos eléctricos
Las nuevas baterías de Panasonic con polvo ofrecerán una carga súper poderosa a los vehículos eléctricos
Sila, una empresa californiana cofundada en 2011 por el séptimo empleado de Tesla, suministrará a Panasonic un polvo de silicio fabricado en Estados Unidos para las baterías de vehículos eléctricos que podría eliminar la ansiedad por la autonomía, reducir los tiempos de carga e incluso disminuir la dependencia de China.
El principal cliente estadounidense de Panasonic es Tesla, y produce alrededor del 10 por ciento de las baterías de vehículos eléctricos a nivel mundial. El año pasado, Sila firmó un acuerdo de suministro con Mercedes-Benz para su nuevo SUV eléctrico de larga autonomía G-class electric SUV, que se espera que debute en 2025. (El fabricante de automóviles alemán lideró la ronda de financiamiento de la Serie E de Sila en 2019).
El polvo de anodo de silicio Titan Silicon de Sila consiste en partículas del tamaño de micrómetros de silicio nanoestructurado y reemplaza al grafito en las baterías de iones de litio tradicionales. Este cambio en los vehículos eléctricos pronto podría permitir viajes sin parar de 500 millas y recargas de 10 minutos. Además, el intercambio de anodos no requiere nuevas técnicas de fabricación. El polvo negro ya alimenta la batería de cinco días de duración del último dispositivo de seguimiento de actividad Whoop.
“Nos tomó 12 años y 80,000 iteraciones llegar a este punto”, dijo el cofundador y CEO de Sila, Gene Berdichevsky. “Es una ciencia sofisticada”. Berdichevsky comenzó su carrera en Tesla, convirtiéndose en el séptimo empleado en 2004. Fue el responsable del sistema de baterías del Tesla Roadster y se fue cuando la empresa contaba con alrededor de 300 empleados. Después de más estudios, cofundó Sila con su colega de Tesla, Alex Jacobs, y Gleb Yushin, profesor de ciencia de materiales en Georgia Tech.
En comparación con el grafito, el silicio almacena hasta 10 veces más energía, por lo que utilizar silicio en lugar de grafito para los anodos, la parte que libera electrones durante la descarga, puede mejorar significativamente la densidad de energía de una batería. Sin embargo, el material se hincha durante la carga repetida, lo que reduce radicalmente la vida útil de la batería debido a las grietas resultantes.
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La tecnología de Sila permite esta expansión mediante el uso de “andamios” de carbono a nanoescala para mantener el silicio bajo control. “Titan Silicon es un material nanocompuesto“, dice Berdichevsky. “Es como el pan de pasas, donde las pasas son el silicio, y hay una matriz esponjosa alrededor de las pasas con una gran corteza exterior en la partícula misma. La corteza sostiene el espacio y el pan se aparta cuando las pasas se expanden. El andamio no sostiene el silicio, sino que acomoda la expansión”.
El proceso patentado de andamiaje implica que el gas silano derivado del silicio se infiltre en estructuras de carbono personalizadas. El polvo resultante a escala de micrones se envía a los fabricantes de baterías.
“Podemos reemplazar entre el 50 y el 100 por ciento del grafito en las baterías de iones de litio”, afirma Berdichevsky. Un reemplazo completo podría aumentar el rendimiento de un vehículo eléctrico típico en un 40 por ciento y reducir el tiempo de carga al 80 por ciento al tiempo que se tarda en llenar un tanque de gasolina de manera relajada.
Sila dice que Titan Silicon pesa aproximadamente cinco veces menos que el grafito y ocupa alrededor de la mitad del espacio cuando está completamente cargado. En un comunicado de prensa anunciando el acuerdo con Sila, Panasonic dijo que tiene como objetivo aumentar la densidad energética volumétrica de sus baterías a 1,000 vatios-hora por litro para 2030.
“Esa es una métrica muy alta”, dice Berdichevsky. “Las mejores baterías en el mundo hoy en día están alrededor de los 740 vatios-hora por litro, y esos son los mismos números que los desarrolladores de baterías de estado sólido afirman que pueden alcanzar. Estamos diciendo que pronto podemos alcanzar esos niveles con tecnología que ya está aquí”.
El grafito es el material de anodo predeterminado del mundo, presente en casi todas las baterías de iones de litio y que representa hasta el 60 por ciento del volumen de una batería. Según un informe de la Agencia Internacional de Energía, alrededor de tres cuartas partes de todas las baterías de vehículos eléctricos se fabrican actualmente en China.
La consultora minera Benchmark Mineral Intelligence estima que China produce el 61 por ciento del grafito que se encuentra de forma natural en el mundo y refina el 98 por ciento del material de grafito terminado.
El silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre (el oxígeno es el primero) y el cuarzo de alta pureza utilizado en la producción de gas silano se mina en los Estados Unidos.
Desde 2017, el polvo de ánodo de Sila destinado a la electrónica de consumo se ha fabricado en una instalación piloto en la sede de la empresa en Alameda, California. Sin embargo, para producir a una escala automotriz, la empresa ahora está adecuando una fábrica de fibra de vidrio de 600,000 pies cuadrados en desuso en Moses Lake, Washington, empleando inicialmente a 100 personas en su mayoría locales, con planes de contratar a otras 600 a medida que la empresa crezca.
Moses Lake, conocida por sus papas, pero apenas un punto en el mapa a medio camino entre Seattle y Spokane, es ahora un centro hidroeléctrico que atrae a industrias de próxima generación interesadas en la energía barata y limpia de la zona.
Berdichevsky afirma que si estás abasteciendo a clientes europeos, ahora conviene estar fuera de la red sucia. Una regulación aprobada por el Parlamento Europeo en junio hizo que fuera evidente para Sila establecerse en la ciudad. Bruselas ahora exige que cada batería de vehículo eléctrico destinada al mercado de la UE lleve una etiqueta que declare su huella de carbono; los “pasaportes de batería” deben rastrear digitalmente las baterías y sus materiales a lo largo de la cadena de suministro.
También existen requisitos de cadena de suministro en la Ley de Reducción de Inflamación (IRA) de 2022. Para calificar para los subsidios para vehículos eléctricos, los minerales de la batería deben provenir de fuentes nacionales o de aliados. Las partes de la IRA enfocadas en el cambio climático dictan que el 40 por ciento de los minerales deben ser provenientes de Estados Unidos este año, aumentando al 80 por ciento a partir de 2027. La IRA también prohíbe el uso de minerales críticos, materiales de batería y otros componentes de “entidades extranjeras de preocupación”.
“Si utilizas algún material que provenga de China en tus baterías, tus clientes perderán un crédito fiscal de $7,500”, dice Berdichevsky.
Sila no es la única empresa fabricante de nanocompuestos de silicio enfocada en la automoción que se siente atraída por la energía limpia de Moses Lake. A un kilómetro de la antigua fábrica de fibra de vidrio, Group14 Technologies ha comenzado la construcción de una fábrica nueva que fabricará polvo similar para Porsche.
El fabricante de automóviles alemán lideró una ronda de financiación de $614 millones en Group14 el año pasado. Cuando la planta de la empresa, de 7 años de antigüedad, abra en 2024, producirá suficiente polvo de ánodo SCC55 para 200,000 vehículos eléctricos al año.
“Hay empresas que tienen asociaciones y colaboraciones, pero todas están aún en desarrollo”, afirma Berdichevsky, “mientras que nosotros estamos listos para la producción a escala”.
No es casualidad que Moses Lake también sea el hogar de REC Silicon, un proveedor que anteriormente cerró sus puertas para la industria fotovoltaica y ahora es uno de los dos fabricantes de gas silano en Estados Unidos. Group14 obtendrá los suministros localmente; Berdichevsky prefirió no decir de dónde Sila obtiene su silano. Ambas empresas recibieron subvenciones federales de $100 millones para construir sus fábricas de ánodos de silicio.
Jay Turner, profesor de estudios ambientales en Wellesley College, le dice a ENBLE que la fabricación a gran escala de nuevas tecnologías de baterías de vehículos eléctricos en Estados Unidos es comprensiblemente importante. “Marca un importante quiebre con la historia”, dice el historiador de baterías que sigue la producción de nuevos vehículos eléctricos en América del Norte.
“En el pasado, Estados Unidos ha sido líder en investigación avanzada de baterías, pero gran parte de la fabricación real ha tenido lugar en el extranjero. Es emocionante ver que la investigación desarrollada en Estados Unidos se está adaptando en fábricas estadounidenses. Sila y Group14 parecen estar bien posicionadas para escalar”.
Sin embargo, son solo dos de los productores de ánodos de silicio en Estados Unidos. Las empresas californianas OneD Battery Sciences y Amprius cultivan nanocables de silicio que afirman son menos propensos a hincharse que los polvos de silicio nano.
“Amprius, fundada en 2008 por el profesor de ciencia de materiales de Stanford, Yi Cui, se ha centrado en los ánodos de silicio para el sector de la aviación, mientras que OneD Battery Sciences pondrá su nanotecnología de silicio en las baterías Ultium de GM.”
“En lugar de diseñar nanopartículas o nanocables de silicio, Enevate, también de California, deposita películas de silicio a escala nanométrica directamente sobre láminas de cobre. Sus baterías de ánodo de silicio ya se utilizan en motocicletas eléctricas.”
“La startup de Chicago, NanoGraf, fabrica un material de óxido de silicio para ánodos que preinfla para obtener estabilidad. Sus ánodos se utilizan en electrónica militar.”
“Los desarrolladores de otras químicas de baterías buscan reemplazar por completo las tradicionales de iones de litio. Tesla ya está produciendo automóviles con baterías de litio-hierro-fosfato; Toyota ha insinuado a los expertos de la industria con sus baterías de estado sólido; las empresas chinas están desarrollando tecnologías de sodio-ion (Na-ion) que requieren poco o nada de litio, níquel o cobalto; y Samsung SDI está perfeccionando las baterías de alto manganeso.”
“Podría haber espacio para todos los anteriores en un creciente mercado global de vehículos eléctricos. De hecho, el Advanced Propulsion Centre del Reino Unido, especialista en tecnologías emergentes de baterías, dice que este cambio en la tecnología eléctrica ‘no se trata de un tipo ganando sobre el otro, ya que las características de rendimiento hacen que los casos de uso varíen’.”
