در سراسر بزرگراه استارت‌آپ Group14 Technologies، کافه مالتبی قرار دارد، موسسه‌ای چند دهه‌ای که رول‌های دارچینی به اندازه بشقاب‌های شام سرو می‌کند. نمای بیرونی کافه با دوجین تابلوی قدیمی پمپ بنزین پوشانده شده است، اشاره ای به گذشته سوخت فسیلی حمل و نقل – و تضادی قابل توجه با آغوش گروپ 14 از آینده ای برق دار.
در این گوشه آرام و هنوز عمدتاً روستایی در شهرستان اسنوومیش واشنگتن، گروه 14 به هموار کردن راه برای باتری‌های نسل بعدی کمک می‌کند که می‌توانند انرژی بیشتری را ارائه دهند و سریع‌تر از باتری‌های لیتیوم یونی امروزی که در همه جا حاضر هستند شارژ شوند.
ریک لوب، یکی از بنیانگذاران و مدیرعامل، گفت که این فناوری “واقعاً متحول کننده” است.
سرمایه گذاران خطرپذیر، از جمله پورشه AG و صندوق نوآوری آب و هوای مایکروسافت، پتانسیل هایی را در این شرکت 7 ساله می بینند. گروه 14 بیش از 648 میلیون دلار از سرمایه گذاران به علاوه بیش از 100 میلیون دلار بودجه فدرال جذب کرده است. ارزش این استارت آپ بیش از 3 میلیارد دلار است که آن را به یکی از با ارزش ترین شرکت های خصوصی در شمال غربی اقیانوس آرام تبدیل می کند.
در بازدید اخیر از مقر Woodinville گروه 14، کارگران در تاسیسات بزرگ مشغول تبدیل مواد خام به یک محصول اختصاصی سیلیکون کربنی بودند که می تواند جایگزین آندهای گرافیت معمولی شود. از این فناوری می توان برای تامین انرژی هر چیزی از وسایل الکترونیکی مصرفی گرفته تا خودروهای الکتریکی استفاده کرد.
این روند، شاید از قضا، با محصولات مشتق شده از تولید نفت آغاز می شود. این ماده سفید دانه‌ای – شرکت چیزی که هست را به طور عمومی به اشتراک نگذاشته است – ابتدا فرآیند پلیمریزاسیون را طی می‌کند که در آن در یک کوره بزرگ که به صورت افقی کشیده می‌شود، پخته می‌شود. این کوره هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن مواد را می پزد و کربن مصنوعی ایجاد می کند. کربن به صورت تکه‌های سیاه و پوکه مانندی بیرون می‌آید که لوبه آن را به‌عنوان «براونی بیش از حد پخته» توصیف می‌کند.
قطعات به پودر تبدیل می شوند که به اتاق جداگانه ای می رود که در آن کارگران ماسک تنفسی و تجهیزات محافظ کربن را با سیلان ترکیب می کنند. سیلان سیلیکون را فراهم می کند که در منافذ میکروسکوپی در داربست کربنی رسوب می کند.
هنگامی که نمونه آزمایش کنترل کیفیت را پشت سر گذاشت، آماده ارسال به یکی از مشتریان گروه 14 است.
ساخت باتری بهتر
کربن را جدا کرده و پلیمریزه کنید، آن را خرد کنید، سیلیکون اضافه کنید و کارتان تمام است. این فرآیند آسان به نظر می رسد.
لوبه گفت: “ما آن را زیبا توصیف می کنیم.” “تعریف ما از شیک “به طرز درخشانی ساده” است.”
لوبه گفت در واقع، گروه 14 از یک فرآیند نوآورانه و دقیق استفاده می کند که سال ها طول کشید تا کامل شود. او اضافه کرد که سادگی «نشان از سخت کوشی، بینش، الهام و درخشش» محققان تیم است.
گروه 14 رسماً در سال 2015 به عنوان یک اسپین آف از شرکت مواد ذخیره سازی انرژی EnerG2 راه اندازی شد که خود از دانشگاه واشنگتن است که در سال 2003 تأسیس شد.
چند سال پیش، این استارت آپ امکان همکاری با شرکت باتری مستقر در بریتانیا Nexeon را بررسی کرد. این دو نتوانستند در مورد شرایط کسب یا مجوز به توافق برسند. سپتامبر گذشته، Group14 شکایتی علیه Nexeon تنظیم کرد و ادعا کرد که این شرکت اسرار تجاری را دزدیده و سوء استفاده کرده است. Nexeon پرونده را بدون ارزش خواند و خواستار رد آن شد. این پرونده در دادگاه منطقه ای ایالات متحده در سیاتل در حال بررسی است.
به طور کلی، این روشی است که فناوری کار می کند. در باتری های لیتیومی معمولی، 60 درصد از سلول باتری آند گرافیتی و 40 درصد آن کاتد است. کاتد حاوی لیتیوم است – و این مقدار لیتیوم است که چگالی انرژی باتری را تعیین می کند.
آندهای سیلیکونی از نظر وزن و حجم ظرفیت بسیار بیشتری نسبت به آندهای گرافیت دارند که به سازنده اجازه می دهد آند کوچکتر و سبکتر بسازد و اندازه کاتد تقویت کننده قدرت را افزایش دهد.
Lube گفت، طبق آزمایش‌های خارجی، آند سیلیکون کربنی Group14 می‌تواند عملکرد باتری را تا 50 درصد بهبود بخشد و زمان شارژ سریع‌تری را ارائه دهد.
این استارت آپ 60 مشتری دارد، اما پورشه تنها استارتاپی است که به صورت عمومی نام برده است.
برای استفاده در وسایل نقلیه الکتریکی، مشتریان Group14 مواد را در یک فرآیند سه مرحله‌ای آزمایش می‌کنند: ابتدا، آزمایش‌های آزمایشی را با صدها باتری انجام می‌دهند تا ببینند آیا مواد با طراحی آنها کار می‌کند یا خیر. سپس آن را در مقیاس بزرگتر آزمایش می کنند. و در نهایت عملکرد سیستم را در دنیای واقعی با استفاده از مواد Group14 در باتری های نصب شده در خودروهایی که مسافت 100000 مایل رانده شده اند، آزمایش کنید.
این فرآیند برای کالاهای مصرفی مشابه اما ساده تر است.
سرعت بخشیدن به تولید
Luebbe گفت که اکثر مشتریان این شرکت در مراحل اولیه آزمایش هستند، اما برخی در مراحل نهایی ارزیابی هستند و به عرضه مواد آند Group14 به تولید تجاری نزدیک می شوند.
برای پاسخگویی به تقاضا، این شرکت در حال گسترش قابلیت های تولید خود است:
- کارخانه Woodinville می تواند 120 تن باتری در سال تولید کند، اگرچه کمتر از این حجم کار می کند.
- قرار است تاسیساتی در کره جنوبی با ظرفیت سالانه 2000 تن در اواخر امسال شروع به کار کند. این پروژه یک سرمایه گذاری مشترک با شرکت الکترونیک SK Materials است.
- دو واحد تولیدی قرار است در اوایل سال 2024 در موزس لیک واشنگتن با ظرفیت کل سالانه 4000 تن به صورت آنلاین راه اندازی شوند. این مواد برای حداقل 200000 وسیله نقلیه الکتریکی کافی است.
- این طرح ادامه ساخت ماژول های 2000 تنی اضافی در دهه آینده است.
- حدود 300 نفر در پروژه ساخت و ساز دریاچه موسی کار می کنند و پس از تکمیل هر واحد به حدود 75 نفر نیاز خواهد بود.
Group14 همچنین در چند هفته آینده ساخت و ساز یک مرکز تحقیق و توسعه جدید را در مقر Woodinville خود تکمیل می کند.
این استارتاپ با توجه به دسترسی به انرژی پاک و مقرون به صرفه از سدهای برق آبی و نزدیکی آن به پایگاه اصلی گروه 14، دریاچه موزس را به عنوان مرکز تولید خود انتخاب کرد.
Sila Nanotechnologies مستقر در کالیفرنیا، که مواد آند سیلیکونی خود را برای باتری‌ها می‌سازد، اخیراً در یک کارخانه تولیدی در دریاچه موزس دست به کار شد.
NEO Battery Materials، یک استارت آپ آند سیلیکونی مستقر در ونکوور، بریتیش کلمبیا، مجوز ساخت یک کارخانه تولیدی در کره جنوبی را ارائه کرده است. این مرکز باید سالانه 240 تن ماده آند تولید کند.
ده ها شرکت در سطح بین المللی در حال توسعه فناوری آند سیلیکون هستند. با توجه به تراکم انرژی بیشتر باتری ها، زمان شارژ سریع تر و مزایای هزینه افزایش کارایی، Luebbe می تواند کاربردهای آنها را فراتر از دستگاه های الکترونیکی و ماشین ها تصور کند. او گفت که آنها می توانند بخش هایی را تامین کنند که برق رسانی به آنها سخت تر است، از جمله هواپیماها و نیمه کامیون ها.
در حالی که این فناوری در حال تکامل است، بخش باتری همچنان با افزایش تقاضا با چالش هایی مواجه است. بر اساس گزارش BloombergNEF، قیمت باتری ها برای اولین بار در سال گذشته افزایش یافت که به دلیل هزینه های بالاتر برای لیتیوم، نیکل و سایر فلزات بود. و کارشناسان می‌گویند قیمت‌های بالاتر احتمالاً تا سال آینده باقی خواهد ماند، زمانی که تولید لیتیوم شروع به افزایش خواهد کرد.
Lubbe گفت که Group14 به آن فلزات برای طرف معادله باتری خود نیاز ندارد و باید در مسیر خود باقی بماند.
او گفت: «من متقاعد شده‌ام که باتری‌های سیلیکونی سریع‌تر از آنچه مردم فکر می‌کنند وارد می‌شوند.