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Silicium-Anoden: Sinanode-Prozess mit SiH4-Gasphasenabscheidung

Bei der Silan-Herstellung kooperiert OneD mit Koch Modular

silicium-anoden: sinanode-prozess mit sih4-gasphasenabscheidung

Bei Elektroauto-Batterien sind derzeit Graphit-Anoden der Standard; doch Anoden mit einem gewissen Silicium-Anteil gelten als eine Möglichkeit, die Energiedichte und damit die Reichweiten zu steigern.

Zu den Spezialisten auf diesem Gebiet gehören neben Group 14, SiLa oder Customcells auch die Firma OneD Battery Sciences. Bei deren Sinanode-Prozess dringt Silan-Gas in die Poren von Graphitpulver ein und scheidet sich dort ab. Dazu will die in Palo Alto ansässige Firma künftig das Knowhow des Verfahrenstechnik-Anbieters Koch Modular nutzen. Ziel der Kooperation ist die Massenproduktion von Silicium-Graphit-Anodenmaterialien für Elektroautos.

Koch Modular stellt unter anderem Silan-Gas her. Dabei handelt es sich um die einfachste Wasserstoffverbindung des Siliciums, die auch als Monosilan bezeichnet wird und die chemische Formel SiH₄besitzt. Die bei Raumtemperatur gasförmige Verbindung wird zur Abscheidung von Silicium-, Siliciumoxid- und Siliciumnitridschichten auf Oberflächen verwendet. Unter anderem kommt es bei der Solarzellenproduktion zum Einsatz.

Beim Sinanode-Prozess dient die Silicium-Ablagerung dagegen der Anreicherung des Graphits mit Silicium. Damit soll sich die Speicherkapazität der Anode verdreifachen, heißt es auf der Sinanode-Website. Zudem verspricht OneD höhere Ladegeschwindigkeiten und niedrige Kosten.

Silicium kann nach den Angaben auf der Website zehnmal so viel Energie speichern wie Graphit. Doch beim Einbau von Silicium in Graphitanoden hätte es bisher Probleme mit der Ausdehnung des Materials bei der Aufnahme von Lithium-Ionen gegeben, was zu Brüchen in der Anode führte. Dies beschränkte den Silicium-Einbau auf sehr kleine Prozentsätze, wodurch sich die Energiedichte nicht sehr stark verbesserte. Mit der Sinanode-Technik soll mehr Silicium eingebaut werden können, ohne dass die Kosten zu stark steigen.

Die Sinanode-Technik ist laut OneD hochgradig skalierbar und kostengünstig. Dabei kann die Kundschaft die Art des Graphits völlig frei wählen. Es muss kein neues, teures Kohlenstoffsubstrat sein, sondern es kann sich um den Graphit handeln, den der Zellenhersteller bisher schon verwendet.

Bisher produziert OneD seine Anodenmaterialien nur im Pilotmaßstab; eine erste Versuchsanlage soll demnächst in Moses Lake (Washington) in Betrieb gehen. Wenn man zum Großmaßstab übergeht, soll neben der Sinanode-Fabrik eine Anlage von Koch Modular zur Produktion des Silan-Gases aufgebaut werden. Das erste Werk mit diesem Aufbau soll in Nordamerika entstehen und jährlich 20.000 Tonnen Silicium-Graphit-Anodenmaterial fertigen. Das reicht laut OneD für die Batterien von etwa einer Million reinen Elektroautos (BEVs).

“Koch Modular ist der richtige Partner, um den Produktionsumfang schnell zu vergrößern und die Kosten für Silicium-Anodenmaterialien zu senken”, sagte OneD-Chef Vincent Pluvinage. Koch-Modular-Präsident George Schlowsky ergänzte: “OneD verfolgt einen einzigartigen Ansatz zur Risiko- und Kostenreduzierung, indem wir unsere modulare Silan-Anlage neben der Sinanode-Verarbeitungsanlage platzieren und diese beiden Anlagen in der Nähe von BEV-Graphitproduktions- und BEV-Zellenfabriken in Nordamerika und Europa ansiedeln.”

Die Silan-Produktionsanlagen von Koch Modular lassen sich problemlos transportieren und vor Ort aufbauen. So wurde eine solche eine Silan-Anlage nach Taiwan geliefert, wo sie seit über einem Jahrzehnt in der anspruchsvollen Halbleiterproduktion zum Einsatz kommt.

Der Name der Sinanode-Technik setzt sich aus den Bestandteilen Si (chemisches Kürzel für Silicium), Nano und Anode zusammen. Die Technologie wurde ursprünglich von der Firma Nanosys entwickelt. Im Jahr 2013 übernahm OneD Battery Sciences die Sinanode-Technologie und erwarb auch das Nanosys-Entwicklungszentrum in Palo Alto. Damit ist die Firma nun Inhaber von über 220 Patenten weltweit. Im September 2022 gab GM Ventures öffentlich eine Investition in OneD bekannt. Zu den weiteren Investoren gehört Volta Energy, eine Risikokapitalgesellschaft, die sich auf Materialwissenschaften und Batterietechnologien spezialisiert hat.

Unterm Strich

OneD ist ein Spezialist für siliciumreiche Graphitanoden. Beim Sinanode-Prozess der Firma dringt gasförmiges Silan (SiH₄) in die Poren von Graphit-Pulver ein und scheidet sich dort als “Nano-Silicium” ab. Das sich so ergebende Material soll mehr Lithium speichern als reiner Graphit und trotz vertretbarer Kosten keine Probleme mit Materialbrüchen haben.

Quelle: OneD (per E-Mail)