广告

特斯拉正采用纳米材料技术开发硅阳极电池以解决电动车快速充电问题

时间:2021-04-26 作者:Maurizio Di Paolo Emilio 阅读:
硅(Si)阳极电池有可能是实现电动车快速充电的关键技术,特斯拉正朝着硅阳极方案迈进,这代表了电动汽车电池的一个重要里程碑。消费者需要一种能够更快充电,行驶得更远,使用寿命更长的电池,而当今的材料还不足以应对这一挑战。CHS是一种液态硅前体,可以应用在锂离子电池的阳极。它的液态特性为加工低成本碳硅纳米结构提供了优势,使其能够直接替代高能锂离子中的石墨。这种电池的一个主要优势是拥有更高的充电/放电寿命周期和更高的能量密度。
广告
电子工程专辑 EE Times China -提供有关电子工程及电子设计的最新资讯和科技趋势

为了创造更加可持续的未来,汽车制造商们正努力引进新型的电动汽车(EV)。这些电动汽车的问世会使对于能源的需求发生重大改变,我们需要更强大的快速充电网络,而硅(Si)阳极电池有可能是实现这一点的关键技术。Coretec集团(The Coretec Group)的首席执行官(CEO)Michael Kraft接受了《Power Electronics News》的采访,我们重点讨论了这些新方案的特性,并分析了有哪些材料可以促进电动汽车的发展。 Coretec集团致力于为多个有前景的市场研发并商业化新技术,例如储能,太阳能,固态照明,可打印电子产品和3D显示器。

Kraft说:“我们的研究重心是各种应用于下一代技术的先进材料,以应对各种全球的挑战性领域,例如半导体,太阳能电池板,LED和用于大功率和快速充电的下一代硅阳极电池。我们一直在寻找用于实现这些下一代技术的材料,以及可以与之合作或可以收购的企业。目前,我们的投资重点是环己硅烷(CHS)的商业化。”

Kraft指出,Coretec 集团的产品系列主打硅产物的生产,首先是环六硅烷(Si6H12),这是一种液体,当暴露于热或紫外线时会转变为纯硅,暴露初期形成非晶硅,然后随着暴露量的增加,转变为结晶硅。

CHS是一种纯物质,是能量存储先进应用中的关键。通过与Evonik的合作,Coretec集团为客户提供了CHS样品进行评估;Evonik可以提供大量生产所需的材料。 CHS的纯度可以被改变,来满足特殊的市场应用需求,并且CHS的定价与其纯度有关。 Kraft说:“ Coretec的环己硅烷非常适合那些对硅和/或掺杂硅(C,Ge,B,Co和P)的纯度、安全性、快速沉积速率和低温沉积有着高要求的应用。”

图1: 环己硅烷的转化

环己硅烷(CHS电动中的重大用途

电动汽车(EV)是替代普通汽油车辆的一种更环保的选择,但电动汽车还缺一项关键的功能:便捷性。电动汽车的基础设施和电池容量都无法与当今的汽车相提并论。加油站随处可见,但电动汽车的充电站却尚未普及,这意味着驾驶员须在出行前制定详细的充电计划。电动汽车需要搭载快速充电功能和支持长距离驾驶的电池,这些高效的基础设施将有助于电动汽车的成功。

许多制造商正在寻找新的解决方案(材料),用来克服锂离子(Li-ion)电池中石墨阳极的局限性。新型硅阳极电池技术可以为电池快速充电,有望在5至10分钟内充至其容量的80%以上,还不会损坏电池外形,同时还能将能量密度提升2至3倍。

即将面世的2.0代锂离子电池将采用新材料,用来增加能量密度并解决电池膨胀问题。Kraft指出,有很多企业正在与材料工程师合作,将纳米技术加入到制造过程中,例如加入诸如CHS之类的Si前体。

Kraft讲解到,CHS能提供比传统前体更快的器件制造速度,更重要的是,它还可以生成非晶纳米结构,这意味着电池可以实现快速充电,同时避免膨胀。这种材料还可以使电池能够承受许多次的充电和放电循环,这也是电动汽车的一个重要考量。

Kraft说:“ 通过用硅碳纳米结构和合金代替锂离子电池中常用的石墨阳极,Coretec环六硅烷也许能够提高能量密度。这些材料存储了更多的锂离子,在降低电池损耗的同时提高了能量密度。”

CHS是一种液态硅前体,应用在锂离子电池的阳极。它的液态特性为加工低成本碳硅纳米结构提供了优势,使其能够直接替代高能锂离子中的石墨。这种电池的一个主要优势是拥有更高的充电/放电寿命周期和更高的能量密度。

Kraft指出,特斯拉表示他们正朝着硅阳极方案迈进,这代表了电动汽车电池的一个重要里程碑。消费者需要一种能够更快充电,行驶得更远,使用寿命更长的电池,而当今的材料还不足以应对这一挑战。

SiC制造的新功能

电力电子学在宽禁带材料需求方面正以惊人的速度发展。满足设计参数的碳化硅(SiC)可以有效地增强电动汽车的动力,并有助于提升电动汽车的系统性能和长期可靠性。

SiC器件越来越多地用于对尺寸、重量和效率有着严格要求的高压功率转换器中,与常用的Si器件相比,SiC器件具有许多更有吸引力的特性。SiC器件的导通电阻和开关损耗要低得多,并且SiC的导热系数要比Si高3倍左右,因此可以更快地散热。这一点非常重要,因为当硅基器件的面积变小时,电转换过程中产生的热量变得更加难以散出,而SiC的散热效果更好。

SiC晶片与传统的Si晶片相比复杂得多,并且由于市场需求量大,在SiC大规模商业化并完全替代传统形式的Si之前,还有许多障碍问题需要克服。CHS这种硅前体可以在这一点上提供帮助。

高性能的SiC器件一直以来都受到以下限制:无法在低缺陷密度的半导体晶圆上生长SiC膜,以及如果采用将SiC层粘附到基底上会遇到的其他困难:常见的例子有α-SiC(例如,4H-SiC,6H- SiC)和β-SiC(3C-SiC)。

β-SiC作为电力电子器件的替代材料,它的广泛采用还存在一些挑战。其中特别需要注意的一项挑战是对于硅前体的需求,采用的硅前体无论从经济角度还是化学角度上,都要能够帮助SiC器件研发出先进的薄膜和结构。

在常规条件下,CHS可以在多种基底上形成β-SiC薄膜。另外,CHS可以帮助β-SiC膜简单地进行p型掺杂。这种前体可以简化从运输到存储以及硅沉积的过程,从而有助于电力电子技术的发展。Kraft指出,CHS有望以一种高性价比的方式克服SiC半导体生产中的传统限制。

电动汽车的自主性直接反映了其动力系统和能源管理系统的效率。除了必要的基础设施(例如随处可用的快速充电系统)之外,电动汽车还必须搭载优化了的SiC电力电子设备,以及具有更高能量密度和更短充电时间的Si基阳极电池。电动汽车进行了这些改进后,不仅会被大规模地采用,取代当今的汽油车辆,并且还将创造出世界所需的可持续电动汽车。

电子工程专辑 EE Times China -提供有关电子工程及电子设计的最新资讯和科技趋势
本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 小家电产业订单爆满,却深受缺芯困扰停产 近年来,中国厨房小家电、生活小家电以及个人护理等小家电产品深受欧美市场的喜爱。海关总署日前发布的数据显示,今年一季度,中国出口机电产品2.78万亿元,同比增长43%,占出口总值的60.3%,预计今年下半年海外订单将会持续火爆。但是受芯片以及原材料价格等多因素影响,尤其是微控制芯片(MCU)的短缺,直接影响了小家电企业的正常生产和按时交付……
  • 探索电源管理未来趋势,宽禁带功率器件崭露头角 4月23日,由电子工程专辑、电子技术设计和国际电子商情共同举办的“第22届高效电源管理及功率器件论坛”邀请到了国内外优秀的电源管理及功率器件原厂及测试方案供应商,旨在帮助电子工程师在电源技术更新换代之际,有针对性地迅速掌握设计和测试技巧,例如时下火爆的TWS耳机充电仓方案、小体积充电器氮化镓方案等。在本次论坛中,近半数演讲厂商都分享了宽禁带半导体的相关话题……
  • 海关查获一批“洋垃圾”,为禁止入境的电源零件PCB板 4月14日,上海浦东国际机场海关关员在对1批入境快件货物进行查验时,发现16块进口电源零件PCB板,经上海海关机电产品检测技术中心鉴定,该票电源零件PCB板为固体废物,属于禁止进境货物……
  • 中国工程师最喜欢的10大电源管理芯片和功率器件 除了国际巨头如TI、ADI、英飞凌、安森美、ST等,中国电源管理和功率器件市场上还有很多技术和产品都颇具实力的国产厂商,比如圣邦微、芯朋微、士兰微和华润微等。那么,中国的电源设计工程师最喜欢哪些电源管理芯片和功率器件呢?《电子工程专辑》编辑团队从36家国内外芯片厂商中挑选了各自有代表性的一个产品,分别归入10个类别……
  • 南方电网首个基于国产内核的电力专用主控芯片伏羲FUXI 主控芯片作为电力二次设备核心元器件,涉及千万量级的电网关键装置,是电力工业控制的大脑。此前主控芯片长期为国外生产厂商垄断,严重制约我国电网核心技术的发展。近日,南方电网数字电网研究院数字电网与人工智能重大科研团队研发的国内首个基于国产指令架构、国产内核的电力专用主控芯片“伏羲”FUXI-H……
  • 2021年全球服务器出货预估成长5%,华为在中国客户支持下 中国服务器使用量逐年攀升,2021年第一季约占全球的27.2%。主因仍是受惠于国内政策的推动与境内互联网公司的配合,除了超大规模资料中心部署,以及电信业者大多数都采用来自国内业者制造的服务器产品所带动,支撑如浪潮与华为第一季服务器出货表现……
  • Intel 11代酷睿1处理器正式发布:10 今晚,Intel发布的11带酷睿处理器采用10nm制程,面向高性能移动桌面版。同时发布的还有同样架构的至强W-11000系列,面向高性能移动工作站。
  • AMD RX 6600系列或配备8GB显存 MD的RX 6600系列可能配备的不是之前传闻的6或12GB显存,二是8GB。可能包含64MB的内置Infinity Cache。
  • Qorvo® Biotechnologies公司赢得 移动应用、基础设施与航空航天、国防应用中RF创新解决方案的领先供应商 Qorvo®, Inc.(纳斯达克代码:QRVO)凭借“快速诊断提速” (RADxSM) 计划中标,赢得美国国立卫生研究院 (NIH) 的 2440 万美元合同。Qorvo Biotechnologies(Qorvo 的全资子公司)公司赢得此合同有助于推动 Qorvo Omnia™ 诊断测试平台的生产,加快市场投放进程。
  • 美光发布第六次年度可持续发展报告 内存和存储解决方案领先供应商Micron Technology Inc.近日发布《快步前行:美光 2021 年可持续发展报告》(Fast Forward: Micron’s 2021 Sustainability Report),凸显美光在特殊时期不但体现出企业韧性,更在促进创新、人、社区和制造等方面取得长足进展。
  • 高通或转单台积电!  中国半导体论坛 振兴国产半导体产业!    当前主要安卓厂商每年的出货主力都少不了搭载高通旗舰芯片的手机,去年12月,骁龙888隆重登场,并且改用三星5nm代工。不过,
  • 常用电子产品接口大全(很全,值得收藏) 视频接口:在我们的生活中,电视机、电脑、投影设备、各种播放器上,视频会议产品和监控产品的编解码器的视频输入输出接口上看到很多视频接口,尤其在显卡上面,通常会出现3种甚至更多的接口。这些视频接口哪些是模
  • STM32:从入门到精通! 为了学习单片机而去学习单片机的思路是不对的你问:如何系统地入门学习stm32?本身就是一个错误的问题假如你会使用8051会写C语言那么STM32本身并不需要刻意的学习。你要考虑的是我可以用STM32实
  • 有奖直播 | PI助力高可靠性与高效率的工业计量方案 Power Integrations(PI)可提供一系列高度集成的高压IC,用于设计电表及自动抄表系统(ARM)应用中的电源。LinkSwitch™系列IC是一种低功率离线式开关器件,它们同时将高精度
  • 突发!小米被美国移出“黑名单”!  中国半导体论坛 振兴国产半导体产业!    5月12日消息,据彭博报道,根据当地时间周二提交给美国法院的一份文件,小米公司和美国政府达成协议,将搁置特朗普政府将该公司列
  • 内存、SSD的好日子都没了 对于PC电脑来说,2021也许是可以载入史册的红火年头。因为疫情、缺芯、数字货币火爆等多重因素,不仅仅指的是整机(台机、笔记本等),主要组件同样火爆异常,显卡的局面已经是有目共睹。日前,TrendFo
  • 深度丨智能驾驶的“两面派”竞争:激光雷达VS视觉算法 ·聚焦:人工智能、芯片等行业欢迎各位客官关注、转发前言:当下,汽车行业开始迈入智能化、网联化的新时代,作为定义汽车智能网联进程的核心维度,自动驾驶技术已然成为衡量进程的关键指标,这对汽车感知系统就提出
  • 【CMR联盟】AGV/AMR行业一季度报告 产品、市场、行业和整体发展态势全方面分析。文|彭晴2021年开年,我国经济持续稳定恢复,开局良好,在大环境持续向好的情况下,一季度移动机器人产业发展走向如何?在企业走访及市场调研的基础上,新战略移动机
  • 传特斯拉暂停扩建上海工厂!  中国半导体论坛 振兴国产半导体产业!    5月12日,据外媒报道,知情人士透露,由于中美紧张局势带来的不确定性,特斯拉已经暂停扩建上海工厂计划!3月份曾有传言称,特斯
  • 比亚迪半导体将创业板上市!  中国半导体论坛 振兴国产半导体产业!    比亚迪半导体终于明确了上市地。5月11日晚间,比亚迪公告称,公司控股子公司比亚迪半导体计划分拆至创业板上市。“本次分拆有利于
广告
热门推荐
广告
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了