隨著新型電動汽車 （EV） 的推出，汽車制造商正努力創造一個更可持續的未來。這些電動汽車的出現將見證能源的重大轉變，需要看到更強大的快速充電網絡，而硅 （Si） 陽極電池可能是使這種情況成為現實的關鍵技術。在接受電力電子新聞采訪時，Coretec 集團首席執行官 Michael Kraft，我們重點介紹了這些新解決方案的特性，并分析了哪些材料可以促進電動汽車的發展。Coretec 集團致力于為多個有前景的市場開發和商業化技術，例如儲能、太陽能、固態照明、可印刷電子產品和 3D 顯示器。

“我們的重點是能夠在全球挑戰領域實現下一代技術的先進材料——半導體、太陽能電池板、LED 和用于高功率和快速充電的下一代硅陽極電池，”Kraft 說。“我們一直在尋找支持這些下一代技術的其他材料，［以及］ 公司與之合作或收購。目前，我們將大部分資源投入到環己硅烷 ［CHS］ 的商業化中。”

Kraft 指出，Coretec 集團的產品組合基于硅產品的生產，從環己硅烷（Si 6 H 12 ） 開始，這是一種在受熱或紫外線輻射時會轉化為純硅的液體，首先是非晶硅，然后是晶體硅隨著曝光量的增加。

CHS 是一種純材料，是先進儲能應用的關鍵元素。通過與贏創的合作，Coretec 集團為客戶提供 CHS 樣品進行評估；贏創可以輕松地大規模供應生產。CHS 的純度可以變化以滿足特定的市場應用需求，定價與純度水平相關。“Coretec 環己硅烷非常適用于硅和/或摻雜硅 ［C、Ge、B、Co 和 P］ 的純度、安全性、快速沉積速率和低溫沉積很重要的應用，”Kraft 說。

環己硅烷的轉化

電動汽車

電動汽車是普通汽油動力汽車的環保替代品，但它們缺乏一個關鍵特征：方便。電動汽車的基礎設施和電池容量無法與當前的汽車相提并論。雖然似乎到處都有加油站，但電動汽車充電站并不普遍，這意味著司機必須在出行前做好詳細的充電計劃。具有快速充電和遠程電池的高效基礎設施將有助于電動汽車的成功。

許多制造商正在尋找新的解決方案（材料）來克服鋰離子（Li-ion）電池中石墨負極的局限性。新的硅陽極電池技術有望在 5 到 10 分鐘內將電池快速充電至其容量的 80% 以上，而不會物理損壞電池，同時還將能量密度提高 2 到 3 倍。

即將推出的 Gen 2.0 鋰離子電池將采用新材料來提高能量密度并解決膨脹問題。Kraft 指出，有多少公司正在與材料工程師合作，將納米技術添加到制造過程中，包括加入諸如 CHS 之類的 Si 前體。

Kraft 解釋了 CHS 如何提供比傳統前體更快的設備制造速度，更重要的是，它可以生成無定形納米結構，這意味著電池可以快速充電而不會膨脹。這種材料還有助于承受多次充電和放電循環，這是電動汽車的一個重要考慮因素。

“Coretec 環己硅烷可以通過用硅碳納米結構和合金代替鋰離子電池中常用的石墨陽極來提高能量密度，”Kraft 說。“這些材料儲存了更多的鋰離子，增加了能量密度，同時減少了最終的破壞。”

CHS 是一種用于鋰離子電池陽極應用的液態硅前體。它的液態為加工低成本碳硅納米結構提供了優勢，可以直接替代高能鋰離子中的石墨。一個關鍵優勢是高充電/放電生命周期和更高的能量密度。

卡夫指出，特斯拉表示他們正在向硅陽極解決方案邁進，這是電動汽車電池的一個重要里程碑。消費者需要一種充電速度更快、行駛更遠、使用壽命更長的電池，而今天的材料無法充分應對這一挑戰。

碳化硅制造的新功能

由于寬帶隙材料的需求，電力電子設備正以驚人的速度發展。碳化硅 （SiC） 解決方案可以有效增強電動汽車的電力電子設備，以滿足設計參數并對系統性能和長期可靠性做出重要貢獻。

SiC 器件越來越多地用于對尺寸、重量和效率有嚴格要求的高壓功率轉換器，因為與常用的 Si 器件相比，它們具有許多吸引人的特性。導通電阻和開關損耗要低得多，而且 SiC 的熱導率比 Si 高約 3 倍，從而可以更快地從組件中散熱。這很重要，因為當 Si 基器件的面積變小時，提取電轉換過程產生的熱量變得更加困難，而 SiC 能夠更好地散熱。

與傳統的硅片相比，碳化硅片非常復雜，隨著市場的需求，在大規模商業化和完全替代更傳統的硅片方面需要解決許多障礙；被稱為 CHS 的硅前體可以提供幫助。

高性能 SiC 器件一直受限于無法在缺陷密度低的半導體晶片上生長 SiC 薄膜，以及將 SiC 層粘附到襯底上的額外困難：α-SiC（例如 4H-SiC、6H- SiC） 和 β-SiC （3C-SiC） 是眾所周知的例子。

β-SiC 作為電力電子替代材料的廣泛采用帶來了幾個挑戰。其中之一是需要一種不僅經濟而且在化學上可行的硅前驅體，以開發先進的 SiC 器件薄膜和結構。

CHS 可以在正常條件下在各種襯底上制造 β-SiC 薄膜。此外，CHS 可以輕松地將材料 p 摻雜到 β-SiC 薄膜中。這種前驅體可以通過簡化從運輸到存儲和硅沉積的過程來幫助電力電子設備的發展。Kraft 指出，CHS 提供了以經濟高效的方式克服 SiC 半導體生產歷史局限性的潛力。

電動汽車的自主性直接反映了其動力總成和能源管理系統的效率。除了必要的基礎設施（例如隨處可用的強大快速充電系統）外，電動汽車還必須具有改進的 SiC 電力電子設備和具有更高能量密度和更短充電時間的 Si 基陽極電池。具有這些改進的電動汽車不僅將被大規模采用并取代今天的汽油車，而且它們將創造世界所需的可持續電動汽車的未來。