SiC和镁电池：新能源技术的双子星

SiC和镁电池：新能源技术的双子星

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证券时报网

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来源

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随着新能源汽车市场的快速发展，突破续航、安全和成本瓶颈成为行业发展的关键。在此背景下，第三代功率半导体（如SiC）和新型储能材料（如镁电池）成为备受关注的技术新宠儿。

碳化硅（SiC）作为第三代半导体材料，以其卓越的物理性能在新能源汽车领域展现出巨大优势。相比传统的硅基器件，SiC具有能量损耗低、器件尺寸小、开关频率高、工作温度高等特点。具体来说：

• 能量损耗：同规格SiC-MOS相比Si-IGBT总能量损失可降低约80%
• 器件尺寸：SiC-MOS仅为Si-MOS原尺寸的1/10
• 开关频率：不存在电流拖尾现象，能大幅提高实际用的开关频率
• 工作温度：拥有更高的热导率，利于终端轻量化和小型化

这些优势使得SiC器件在新能源汽车中得到广泛应用，主要应用于电机控制器（电驱）、车载充电机OBC、DC/DC变换器以及充电桩。据统计，2023年全球已有40款碳化硅车型进入量产交付，上半年全球碳化硅车型销量超过120万辆。国内上险乘用车主驱碳化硅模块渗透率也在逐年提升，2023年达到10.7%。

在储能领域，镁电池凭借其独特的优势成为研究热点。相比主流的锂电池，镁电池具有以下显著特点：

• 安全性：镁离子电池在充放电循环过程中不会出现类似锂枝晶的“镁枝晶”，可避免电池短路起火爆炸的情况
• 能量密度：作为二价金属，镁离子可以携带和存储更多电荷，理论能量密度可达锂电池的1.5倍
• 成本优势：镁资源丰富，供应链稳定，潜在成本优势明显
• 环保性：最新研发的“镁水电池”使用水替代传统有机电解液，更安全且可回收

近期，日本东北大学研究人员开发了一种新型岩盐结构作为镁电池负极，使得镁离子电池能够在90摄氏度下有效工作，突破了以往的工作温度限制。澳大利亚RMIT大学则研发出一种“镁水电池”，不仅提高了安全性，还具备可拆卸、可回收的特性。

虽然SiC和镁电池都展现出巨大的发展潜力，但两者目前的发展阶段和应用场景有所不同：

• 技术成熟度：SiC器件在新能源汽车中的应用已进入商业化阶段，而镁电池仍处于研发阶段
• 应用场景：SiC主要用于提升新能源汽车的性能，而镁电池在储能电池、动力电池、电动工具等领域都有广阔的应用前景
• 商业化前景：SiC器件成本约为Si器件的3倍，但综合系统成本可节省6%；镁电池则有望凭借资源优势和成本优势实现快速普及

意法半导体亚太区的专家表示，SiC在电驱动系统和车载充电机中的优势将使其成为新能源汽车领域的关键技术。中国工程院院士潘复生则指出，镁电池和镁储氢技术对于解决锂电池资源短缺和氢气的安全储运问题具有重要战略意义。

随着技术的不断进步和成本的持续优化，SiC和镁电池有望在新能源领域发挥更加重要的作用，为实现碳中和目标提供有力支持。