Το καρβίδιο του πυριτίου, ένα υλικό που ανακαλύφθηκε τυχαία το 1891 από έναν εφευρέτη που ήλπιζε να κατασκευάσει συνθετικά διαμάντια, γίνεται γρήγορα κρίσιμο για τα ηλεκτρικά οχήματα, με τους μεγαλύτερους προμηθευτές του κόσμου να επενδύουν δισεκατομμύρια για να διασφαλίσουν ό,τι μπορούν να καλύψουν ένα αναμενόμενο κύμα παραγγελιών.
Οι ημιαγωγοί που κατασκευάζονται με καρβίδιο του πυριτίου (SiC) βρίσκονται στην καρδιά μιας νέας γενιάς μετατροπέων, του κρίσιμου συνδέσμου μεταξύ του ρεύματος DC από τις μπαταρίες και του ρεύματος AC που χρησιμοποιείται από τους ηλεκτροκινητήρες.
Τα τσιπ καρβιδίου του πυριτίου για μετατροπείς προσφέρουν πολλά οφέλη σε σχέση με αυτά με βάση το πυρίτιο:
- Είναι πολύ πιο σταθερά σε υψηλότερες τάσεις (800 V και άνω), γεγονός που επιτρέπει ταχύτερη φόρτιση.
- Χρησιμοποιούν λιγότερο υλικό, το οποίο εξοικονομεί χώρο και βάρος.
- Μπορούν να λειτουργήσουν σε υψηλότερες θερμοκρασίες, μειώνοντας την ανάγκη για δαπανηρή θερμική διαχείριση.
- Έχουν έως και 70% λιγότερες απώλειες μεταγωγής ή μετατροπής, καθώς και ταχύτερες συχνότητες μεταγωγής, ενδεχομένως επεκτείνοντας το εύρος κατά περίπου 5 έως 6%, λένε οι ειδικοί του κλάδου.
«Με το καρβίδιο του πυριτίου σε σύγκριση με το πυρίτιο (σιλικόνη), μπορούμε να βελτιώσουμε σημαντικά την αποδοτικότητα», δήλωσε ο διευθύνων σύμβουλος της BorgWarner, Frederic Lissalde, στο Automotive News Europe. ΗBorgWarner έχει επενδύσει 500 εκατομμύρια δολάρια στην αμερικανική εταιρεία Wolfspeed σε μια συμφωνία που θα επιτρέψει στον προμηθευτή να αγοράζει τσιπ καρβιδίου του πυριτίου αξίας έως και 650 εκατομμυρίων δολαρίων ετησίως.
«Λόγω όλων των πλεονεκτημάτων της τεχνολογίας, η ζήτηση της αγοράς για συσκευές με βάση το καρβίδιο του πυριτίου πρόκειται να επιταχυνθεί με ιλιγγιώδη ταχύτητα τα επόμενα χρόνια», δήλωσε σε συνέντευξή του ο Claudio Vittori της S&P Global Mobility. «Αυτό είναι ανησυχητικό από την άποψη της ζήτησης-προσφοράς», πρόσθεσε.
Σύμφωνα με τα στοιχεία της S&P, οι μετατροπείς με βάση το καρβίδιο του πυριτίου θα κυριαρχήσουν μέχρι το 2034, με τον όγκο να αυξάνεται με ετήσιο ρυθμό 32%. Ο Vittori δήλωσε ότι θα εμφανιστούν πρώτα σε premium και πολυτελή αυτοκίνητα με ηλεκτρικά συστήματα 800V και στη συνέχεια θα περάσουν σε mainstream μοντέλα με συστήματα χαμηλότερης τάσης. Εκτός από τους μετατροπείς, τα τσιπ SiC θα χρησιμοποιηθούν επίσης σε ενσωματωμένους φορτιστές και μετατροπείς DC-to-DC.
Η ZF προχωρά ακόμη περισσότερο από την BorgWarner, και συνεργάζεται με τη Wolfspeed σε ένα εργοστάσιο «γκοφρέτας» αξίας 3 δισεκατομμυρίων δολαρίων που θα κατασκευάζει «ημιαγωγούς-γκοφρέτες» καρβιδίου πυριτίου 200 mm και θα έχει κέντρο έρευνας και ανάπτυξης στην περιοχή Saarland της Γερμανίας.
«Το καρβίδιο του πυριτίου είναι η απάντηση σε μερικά από τα μεγαλύτερα ζητήματα της εποχής μας: την εξοικονόμηση ενέργειας και την κλιματική αλλαγή», δήλωσε ο Gregg Lowe, διευθύνων σύμβουλος της Wolfspeed, τον Απρίλιο κατά την ανακοίνωση του εργοστασίου με την ZF. Με ημιαγωγούς κατασκευασμένους από καρβίδιο του πυριτίου τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα μπορούν να πάνε μακρύτερα και να φορτίζουν γρηγορότερα, συμβάλλοντας στην επιτάχυνση του εξηλεκτρισμού.
Ο Lowe δήλωσε στους Financial Times τον Δεκέμβριο ότι η αγορά ημιαγωγών SiC θα μπορούσε να αυξηθεί κατά 14% ετησίως έως το 2030. «Όλοι μας θα τρέχουμε όσο πιο γρήγορα μπορούμε, προσπαθώντας να καλύψουμε τη ζήτηση», είπε.
Η ZF υπέγραψε επίσης συμφωνία με την STMicroelectronics για ημιαγωγούς καρβιδίου του πυριτίου για τους μετατροπείς της από το 2025 – με όγκο παραγγελιών σε «διψήφιο αριθμό εκατομμυρίων», ανέφεραν οι εταιρείες τον Απρίλιο.
«Με τη βοήθεια του καρβιδίου του πυριτίου, μπορούμε να βελτιστοποιήσουμε το σύστημα κατά 5% και αυτό είναι σημαντικό για την ηλεκτρική κινητικότητα», δήλωσε ο Otmar Scharrer, επικεφαλής του μηχανολογικού ηλεκτροκίνητου συστήματος κίνησης στην ZF, στο Automotive News Europe.
Η Infineon και η Stellantis υπέγραψαν μνημόνιο κατανόησης τον περασμένο Σεπτέμβριο, στο οποίο η γερμανική εταιρεία κατασκευής ημιαγωγών θα κρατήσει την παραγωγή SiC κατά το δεύτερο μισό της δεκαετίας για τους προμηθευτές της αυτοκινητοβιομηχανίας, σε μια συμφωνία αξίας άνω του ενός δισεκατομμυρίου ευρώ.
Μεταξύ των σημαντικών πρόσφατων συμφωνιών, η Robert Bosch τον Απρίλιο αγόρασε την TSI, έναν κατασκευαστή ημιαγωγών καρβιδίου του πυριτίου με έδρα την Καλιφόρνια, και δήλωσε ότι θα επενδύσει 1,5 δισεκατομμύρια δολάρια στην αναβάθμιση του εργοστασίου της TSI για την παραγωγή τσιπ SiC για ηλεκτρικά οχήματα έως το 2026.
Η Vitesco στις 19 Ιουνίου δήλωσε ότι είχε υπογράψει συνεργασία προμήθειας άνω του ενός δισεκατομμυρίου δολαρίων με τη Rohm έως το 2030 για τσιπ καρβιδίου του πυριτίου για τους μετατροπείς της, με τη μαζική παραγωγή να ξεκινά το 2024 για «δύο σημαντικούς πελάτες».
Ο όμιλος Volkswagen υπέγραψε τον Ιανουάριο στρατηγική συμφωνία με την αμερικανική εταιρεία τεχνολογίας Onsemi για την παροχή μονάδων καρβιδίου του πυριτίου και ημιαγωγών για μετατροπείς για τις πλατφόρμες EV επόμενης γενιάς της VW. Η Onsemi σημείωσε επίσης μια σημαντική επιτυχία στα τέλη Μαΐου με μια 10ετή συμφωνία ύψους 1,9 δισεκατομμυρίων δολαρίων με τη Vitesco για την προμήθεια προϊόντων με βάση το καρβίδιο του πυριτίου. Στο πλαίσιο της συμφωνίας, η Vitesco θα επενδύσει 250 εκατομμύρια δολάρια για να ενισχύσει τις δυνατότητες παραγωγής SiC της Onsemi.
«Οι ημιαγωγοί ισχύος καρβιδίου του πυριτίου βρίσκονται στην αρχή μιας μεγάλης αύξησης της ζήτησης», δήλωσε ο διευθύνων σύμβουλος της Vitesco, Andreas Wolf. «Είναι σημαντικό για εμάς να έχουμε πρόσβαση σε ολόκληρη την αλυσίδα αξίας SiC. Με αυτή την επένδυση, έχουμε μια ασφαλή προμήθεια μιας βασικής τεχνολογίας για τα επόμενα 10 χρόνια».
Η αγορά ημιαγωγών καρβιδίου του πυριτίου για τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα αναμένεται να αξίζει περισσότερα από 4 δισεκατομμύρια δολάρια ετησίως έως το 2027, σύμφωνα με έκθεση του Yole Group. Ως ποσοστό της αγοράς έναντι του πυριτίου, το καρβίδιο του πυριτίου θα αυξηθεί από 20% το 2021 σε περισσότερο από 50% έως το 2030, όπως εκτιμά η S&P.
Σαφώς, λοιπόν, το καρβίδιο του πυριτίου είναι το μέλλον, όχι μόνο για τους μετατροπείς αλλά και για άλλες χρήσεις, συμπεριλαμβανομένης της μεταφοράς ενέργειας από όχημα σε δίκτυο (V2G). Υπάρχουν όμως και ορισμένα μειονεκτήματα στο υλικό.
Επειδή πρέπει να παράγεται συνθετικά από πυρίτιο και άνθρακα -αν και έχει βρεθεί ατόφιο σε μετεωρίτες- απαιτεί ακραίες θερμοκρασίες, έως και 2.500 βαθμούς Κελσίου, και πιέσεις, και επομένως τεράστιες ενεργειακές δαπάνες. Και οι «γκοφρέτες» που προκύπτουν μπορεί να είναι ελαττωματικές.
Όπως συμβαίνει με πολλές καινοτομίες EV, η Tesla ήταν πρωτοπόρος στη χρήση ημιαγωγών καρβιδίου του πυριτίου στα οχήματά της, ξεκινώντας από το 2018 στο Model 3. Τα τελευταία ηλεκτρικά οχήματα της Hyundai και της KIA στην πλατφόρμα E-GMP, συμπεριλαμβανομένων των KIA EV6 και Hyundai Ionic 5 και 6, χρησιμοποιούν επίσης μετατροπείς SiC, όπως και οι Porsche Taycan και Audi E-tron GT αλλά και το πολυτελές EV της Lucid, Air.
Το ηλεκτρικό SUV Lotus Eletre διαθέτει επίσης μετατροπέα SiC, όπως και η Maserati GranTurismo Folgore και η επερχόμενη MC20 Folgore. Με εξαίρεση την Tesla, όλα αυτά τα αυτοκίνητα διαθέτουν επίσης συστήματα 800V. Άλλες αυτοκινητοβιομηχανίες που ανακοίνωσαν πρόσφατα συμφωνίες με κορυφαίους προμηθευτές τσιπ SiC είναι οι Mercedes-Benz, BMW, JLR, Renault-Nissan και η Toyota.
Το κόστος των τσιπ καρβιδίου του πυριτίου -έως και πέντε φορές μεγαλύτερο από αυτό του πυριτίου- καθώς και η δυσκολία εξασφάλισης επαρκούς και ποιοτικής προμήθειας πλακιδίων, οδηγούν ορισμένες εταιρείες να επανεξετάσουν τον τρόπο με τον οποίο χρησιμοποιούν το υλικό.
Σε μία από τις πιο προκλητικές δηλώσεις, ο επικεφαλής κινητήρων της Tesla, Colin Campbell, δήλωσε τον Μάρτιο ότι η αυτοκινητοβιομηχανία θα μειώσει τη χρήση του SiC κατά 75% στην επόμενη πλατφόρμα κινητήρων της -χωρίς να εξηγήσει πώς- ως μέρος μιας συνολικής μείωσης κόστους 1.000 δολαρίων ανά μονάδα.
«Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένας καταπληκτικός ημιαγωγός, αλλά είναι επίσης ακριβό και είναι δύσκολο να κλιμακωθεί», δήλωσε ο Campbell. «Έτσι, η χρήση λιγότερων από αυτά είναι μια μεγάλη νίκη για εμάς».
Οι τιμές των μετοχών των μεγάλων παικτών καρβιδίου του πυριτίου μειώθηκαν μετά την ανακοίνωση του Campbell (αλλά αργότερα ανέκαμψαν). Ωστόσο, άλλοι σκέφτονται επίσης τρόπους μείωσης της χρήσης του χωρίς συμβιβασμούς στην απόδοση.
O όμιλος Volkswagen οποίος επιδιώκει να καθετοποιήσει την αλυσίδα παραγωγής των EV, συμπεριλαμβανομένης της κατασκευής των δικών της κυψελών μπαταριών με τη μονάδα PowerCo και του σχεδιασμού των δικών της μετατροπέων για χρήση σε μελλοντικά ηλεκτρικά οχήματα στην αρχιτεκτονική PPE.
Τα τσιπ καρβιδίου του πυριτίου θα αποτελέσουν αναπόσπαστο μέρος της απόδοσης και του κόστους αυτών των μετατροπέων, δήλωσε ο Berthold Hellenthal, στρατηγικός διευθυντής ημιαγωγών της Audi, ο οποίος συμμετέχει επίσης στη συνολική στρατηγική σχεδιασμού ημιαγωγών του VW Group.
«Αποφασίσαμε ότι τα πάντα στο σύστημα μετάδοσης κίνησης των EV θα είναι στα χέρια μας. Και για να έχουμε μια καλή απόδοση του συμβιωτικού συστήματος, ο μετατροπέας είναι το κλειδί».
Τα τσιπ καρβιδίου του πυριτίου μπορεί να είναι πιο ακριβά από τα τσιπ σιλικόνης, αλλά μπορούν να οδηγήσουν σε εξοικονόμηση αλλού, δήλωσε ο Hellenthal. «Το καρβίδιο του πυριτίου μπορεί να κάνει τα οχήματα πιο προσιτά, επειδή μπορούμε είτε να έχουμε μεγαλύτερη εμβέλεια από το ίδιο μέγεθος μπαταρίας, είτε να χρησιμοποιούμε λιγότερες κυψέλες μπαταριών», είπε. «Μπορούμε επίσης να εξοικονομήσουμε χρήματα από την ψύξη».
Διαβάστε ακόμη
Δικαιώνονται όλο και περισσότεροι που αμφισβητούν άδικους φόρους
ΛΑΜΨΑ: Πάνω από τις προβλέψεις οι επιδόσεις της φετινής σεζόν στα ξενοδοχεία του Συντάγματος
Ρεύμα: «Ηλεκτροσόκ» με νέα αύξηση της μεγαβατώρας στα 165 ευρώ
Για όλες τις υπόλοιπες ειδήσεις της επικαιρότητας μπορείτε να επισκεφτείτε το Πρώτο ΘΕΜΑ