الوضع الحالي وآفاق المواد الأنودية القائمة على السيليكون

تطور العلوم والتكنولوجيا حتى يومنا هذا، دون إجراء تجارب، ثبت نظريًا أن معدن الليثيوم هو مادة الأنود الأكثر مثالية لصناعة بطاريات الليثيوم.

وبالنظر إلى أن مشكلة التشعبات التي تتولد بسهولة أثناء استخدام معدن الليثيوم لم تجد حلاً فعالاً، فمن المتوقع أن يكون الاستخدام التجاري على نطاق واسع لمعدن الليثيوم في السنوات العشر القادمة شبه مستحيل.

مادة الأنود القائمة على السيليكون هي مادة أنود الليثيوم المثالية في المرتبة الثانية بعد معدن الليثيوم من الناحية النظرية.

بالمقارنة مع سعة الجرام النظرية للجرافيت 372 مللي أمبير/جم، يمكن أن تصل سعة الجرام النظرية للسيليكون إلى 4200 مللي أمبير/جم، وهو أكثر من 10 أضعاف سعة جرام الجرافيت. من أجل إفساح المجال لمزايا المواد القائمة على السيليكون مثل كثافة الطاقة العالية وحل مشكلة التمدد أثناء استخدام المواد القائمة على السيليكون، كرس عدد لا يحصى من النخب أنفسهم لصناعة مواد القطب السالب القائمة على السيليكون لأكثر من عشر سنوات.

لسوء الحظ، بحلول نهاية عام 2022، تبلغ قيمة الإنتاج السنوي للمواد السالبة القائمة على السيليكون 1.07 مليار يوان (شحنات 15000 طن)، والتي تشغل 2٪ فقط من سوق مواد الليثيوم السالبة، و98٪ من سوق مواد الليثيوم السالبة. لا يزال الجرافيت (تبلغ قيمة إنتاج القطب السالب من الجرافيت في عام 2022 50 مليار يوان، والشحنة السنوية 1.56 مليون طن).

الأسباب الرئيسية لتطوير صناعة القطب السالب القائم على السيليكون هي كما يلي:

1) أداء مواد الأنود القائمة على السيليكون لا يمكن أن يلبي متطلبات سوق الطاقة

على الرغم من أن منتجات أكسيد السيليكون قد نضجت للاستخدام التجاري، إلا أن عدد الدورات لا يمكن أن يفي بمتطلبات صناعة التطبيقات الرئيسية، وخاصة الحد الأدنى لعدد الدورات الذي لا يقل عن 1000 أسبوع في صناعة الطاقة. عدد الدورات التي تتطلبها صناعة تخزين الطاقة لا يقل عن 5000 أسبوع.

تمثل تطبيقات صناعة الطاقة 80% من سوق الليثيوم، وتمثل صناعة تخزين الطاقة 15% من سوق الليثيوم.

توجد حاليًا مواد الأنود القائمة على السيليكون بشكل أساسي في سوق 3C بحصة سوقية تبلغ 5٪ فقط، مثل الأدوات الكهربائية والطائرات بدون طيار وسماعات TWS والسجائر الإلكترونية وغيرها من المجالات التي حققت تطبيقات معينة. مطلوب عمومًا أن تكون دورة حياة هذه التطبيقات أقل من 500 دورة.

لا يمكنك أبدًا أن تصبح بطلاً للعالم من خلال السباحة في حوض سباحة صغير في الفناء.

2) تكلفة سعة وحدة الجرام لمواد الأنود القائمة على السيليكون أعلى بكثير من تكلفة الجرافيت.

من أجل إجراء مقارنة علمية بين تكلفة المواد القائمة على السيليكون ومواد الجرافيت، فإننا نقدم مفهوم "وحدة الجرام المكافئة".

بعد تطبيع التكلفة، تكون تكلفة المواد المختلفة قابلة للمقارنة.

تمامًا كما هو الحال عند حساب انبعاثات الكربون، هناك ستة غازات دفيئة: ثاني أكسيد الكربون، والميثان، وأكسيد النيتروز، ومركبات الهيدروفلوروكربون، والمركبات البيرفلوروكربونية، وسداسي فلوريد الكبريت، ويكون تأثير الاحتباس الحراري للميثان أكبر بـ 28 مرة من ثاني أكسيد الكربون، وبالتالي فإن انبعاث طن واحد من الميثان يعادل انبعاث 28 طنًا من ثاني أكسيد الكربون. ويتحول تأثير الغازات الدفيئة المختلفة على ظاهرة الاحتباس الحراري إلى ثاني أكسيد الكربون بما يعادله، وتبلغ انبعاثات ثاني أكسيد الكربون السنوية العالمية حوالي 40 مليار طن، وتمثل الصين الربع.

في الوقت الحاضر، 92% من التأثير الأول لمنتجات أكسيد السيليكون ما قبل الليثيوم، سعر الطن هو 20 مرة من الجرافيت، وسعة الجرام 4 أضعاف الجرافيت، وتكلفة سعة الجرام المكافئة 5 أضعاف تكلفة الجرافيت .

وبإضافة 10% سيليكون إلى الجرافيت، تزيد التكلفة الإجمالية للخلية بنحو 5%. هذا الليثيوم ذو قدرة تنافسية عالية، ولا تستطيع معظم الصناعات تحمله من حيث التكلفة.