Что ждет Кремния в будущем

Что ждет Кремния в будущем?

История современной электроники часто отождествляется с неустанным развитием кремниевых микрочипов, которые обрабатывают информацию в наших компьютерах, телефонах и, все чаще, во всем остальном. Закон Мура стал хорошо известным резюме того, как эти чипы становятся все более компактными и мощными.

Но электроника также играет важную, менее заметную роль в современной жизни: направляет электричество, которое питает все наши гаджеты. Эта область, метко названная “силовой электроникой”, быстро меняется по мере того, как инженеры переходят на устройства управления питанием, основанные не на кремниевых чипах, а на новых материалах, которые быстрее и эффективнее справляются с электричеством. Некоторые новые посткремниевые устройства уже используются, и улучшенная силовая электроника станет гораздо более важной в будущем, поскольку большая часть нашей экономики перейдет с ископаемого топлива на электроэнергию. В то время, когда цепочки поставок кремния сильно перегибаются, эти новые материалы процветают.

Эта волна новых материалов вырвалась из лаборатории в 2017 году, когда Tesla столкнулась с поворотным моментом в своей истории. Компания выпустила две успешные модели роскошных автомобилей, но, стремясь стать крупным автопроизводителем, поставила свое будущее на создание более дешевого массового автомобиля.

Когда Tesla выпустила свою модель 3, у нее было секретное техническое преимущество перед конкурентами: материал под названием карбид кремния. Одной из ключевых частей электромобиля являются тяговые инверторы, которые берут электричество из батарей, преобразуют его в другую форму и подают на двигатели, вращающие колеса. Чтобы получить ускорение "пин-ты-к-сиденью", которым славятся Teslas, тяговые инверторы должны откачивать сотни киловатт - достаточно энергии, чтобы обеспечить небольшой район, и при этом быть достаточно надежными, чтобы справиться с жизнью или смертью на шоссе.

В то время как предыдущие тяговые инверторы были основаны на кремнии, модели 3 были сделаны из карбида кремния, или SiC, соединения, содержащего как кремний, так и углерод. STMicroelectronics, европейская компания, производившая чипы из карбида кремния, используемые Теслой, утверждала, что они могут увеличить пробег автомобиля до 10 процентов, экономя при этом значительное пространство и вес - ценные преимущества в автомобильном дизайне. «Модель 3 имеет коэффициент сопротивления воздуха такой же низкий, как у спортивного автомобиля», - говорит Масаеси Ямамото, инженер Университета Нагои, который занимается демонтажем компонентов электромобилей, сказал Nikkei Asia. - Уменьшение масштаба инверторов позволило создать его обтекаемую конструкцию”.

Модель 3 стала хитом, отчасти благодаря своей новаторской силовой электронике, и продемонстрировала, что электромобили могут работать в больших масштабах. (Это также сделало Tesla одной из самых ценных компаний в мире.)

С быстрым ростом Tesla другие автопроизводители агрессивно перешли к электрификации своих автопарков, подталкиваемые во многих местах правительственными мандатами. Многие из них также планируют использовать карбид кремния не только в тяговых инверторах, но и в других электрических компонентах, таких как преобразователи постоянного тока, которые питают такие компоненты, как кондиционер, и бортовые зарядные устройства, которые пополняют батареи, когда автомобиль подключен дома. Карбид кремния стоит гораздо дороже кремния, но многие производители приходят к выводу, что преимущества с лихвой компенсируют более высокую цену.

По мере того как общий автомобильный рынок стагнирует, популярность автомобилей с батарейным питанием стремительно растет во всем мире.

General Motors: Компания надеется стать ведущей силой в индустрии электромобилей. Его главный исполнительный директор поделился тем, как G.M. намерена туда попасть.

Поворотный момент: электромобили по-прежнему составляют небольшую часть рынка, но в этом году их марш может стать неудержимым. Вот почему.

Препятствие для широкого внедрения: ошибочное представление о том, что электромобили небезопасны, может быть нелегко преодолено.