XNRGI vyvíjí technologii baterií pro elektromobily, která prodlužuje dojezd na 700 mil

Jednou z výzev, kterým čelí průmysl elektrických vozidel, je bateriové napájení. V květnu tohoto roku globální manažer dodávek Tesly uvedl, že společnost plánuje a nedostatek klíčových materiálů baterií. Automobilky na tom pracují vertikálně integrovat výrobu baterií do svého podnikání, aby zajistili, že budou mít přístup k bateriím, když to bude potřeba.

Z velké části se to děje proto, že lithium-iontové baterie jsou standardem pro dobíjecí články. Používají se ve všem, od fotoaparátů a telefonů až po EV. Kromě toho, že jsou drahé a závislé na vzácných zdrojích, Li-ion baterie s sebou nesou nebezpečí přehřátí a vzplanutí nebo dokonce vybuchující. Proto letecké společnosti nechtějí tyto baterie v jejich nákladových prostorech. Kromě toho je výstavba nových továren na výrobu lithium-iontových baterií nákladná a časově náročná. Tesla do své Nevady investovala 5 miliard dolarů

Potřebujeme novou architekturu baterie, kterou lze snadněji vyrobit. V ideálním případě by nová konstrukce baterie měla vyšší hustotu energie a kratší dobu nabíjení, aby byla ideální pro použití ve vozidle.

Už víte, co bude následovat: společnost volala XNRGI sídlící poblíž Portlandu, Oregon říká, že mají odpověď. To samo o sobě není neobvyklé. Mnoho lidí tvrdilo, že má zázračnou baterii, ale zdá se, že vždy říkají, že vám o ní ještě nemohou říct.

Rozdíl oproti XNRGI je v tom, že mají portfolio publikovaných patentů přímo svázaných s technologií baterií Powerchip a požádali o několik dalších. Společnost také získala finanční prostředky od Ministerstva energetiky USA na svůj výzkum. Díky patentové ochraně a financování je XNRGI touží říct světu, co mají.

„Věříme, že nyní můžeme současně řešit všechny problémy s lithium-iontovými bateriemi,“ řekl generální ředitel XNRGI Chris D’Couto.

Starší technologie dostává nový účel

Klíčovým rozdílem mezi běžnou lithium-iontovou baterií a baterií XNRGI Powerchip je její složení. Tam, kde běžné lithium-iontové baterie používají jako stavební materiál grafitovou kaši na dvourozměrném vodiči, baterie XNRGI používá lithium kov v trojrozměrném porézním křemíkovém plátku. Na oplatkách není nic nového nebo odlišného; jsou to stejné disky, které se po desetiletí vyráběly v polovodičovém průmyslu.

„Podnikáme osvědčené kroky výroby čipů a aplikujeme je na tuto baterii,“ řekl D’Couto. „Přebíráme něco z jednoho odvětví a aplikujeme to na jiné odvětví. V tomto směru nic nevymýšlíme. Můžeme si koupit destičky, takže nemáme velké kapitálové investice do továrny."

Nejlepší na tom je, že baterie XNRGI jsou vyrobeny ze starších, silnějších waferů, které již nejsou žádané. Již existuje celosvětová infrastruktura pro výrobu těchto destiček levně a ve velkém množství.

Výhoda křemíkových waferů

Výhoda použití křemíkových plátků pro stavbu baterie závisí na dalším dobře zavedeném polovodičovém procesu. Design XNRGI využívá perforované wafery k vytvoření vaflí podobného povrchu. Každý 12palcový silikonový disk může nést až 160 milionů mikroskopických pórů. Poté jsou destičky na jedné straně potaženy nevodivým povrchem. Druhá strana plátku je potažena vodivým kovem pro přenos elektrického proudu.

"Kovové povlaky, které používáme, jsou převzaty z průmyslu čipů," řekl D'Couto, "a izolační povlaky jsou převzaty z průmyslu čipů a používají se zde. Na procesní straně nic nevymýšlíme.“

Porézní charakter waferu zvyšuje celkový povrch baterie až 70krát ve srovnání s dvourozměrným povrchem. Každý pór je fyzicky oddělen od svých sousedů, což pomáhá eliminovat vnitřní zkraty a pomáhá baterii odolávat degradaci v průběhu času a používání.

„Každý z těchto malých otvorů je ve skutečnosti velmi malá baterie,“ poznamenal D’Couto. „Když některý z nich jednotlivě selže, selhání se nešíří. Tato architektura činí baterii zcela bezpečnou tím, že zabraňuje tepelnému úniku a explozím.“

Zlepšená hustota energie a kapacita

Technologie wafer XNRGI je navržena tak, aby šla na anodovou stranu baterie. Když je baterie plně nabitá, anoda je jako vědro elektronů. Jak se baterie vybíjí, elektrony proudí obvodem na katodovou stranu baterie. Když se baterie dobije, anodový kbelík se znovu naplní.

„Když dnes mluvíte o lithium-iontové baterii, je vyrobena z lithia interkalovaný s grafitem,“ vysvětlil D’Couto. "Od vzniku lithium-iontových baterií se na anodové straně používá grafit, který poskytuje parkovací místo pro přistání a vzlet lithiových iontů."

Jednou obrovskou výhodou designu porézního silikonového plátku je, že anoda XNRGI má 70krát větší povrch než grafitová anoda. a používá čistý lithiový kov, což dává anodě Powerchip asi 10krát větší hustotu energie než stávající anody lithium-iontových baterií.

"Získáváme větší hustotu energie díky trojrozměrnému nárůstu povrchové plochy," uvedl D'Couto.

Menší růst dendritů pro delší životnost baterie

Jedním z důvodů, proč se dobíjecí baterie časem degradují, je to, že když anoda prochází opakovanými cykly vybíjení a nabíjení, na povrchu anody se usazují chemické nánosy. Tato nahromadění se nazývá „dendrit“ a vypadá jako vápencový stalaktit. Dendrity mohou nakonec prorazit fyzický separátor mezi anodou a katodou a zkratovat baterii.

"Když dendrit prorazí separátorem, dojde k rychlému selhání baterie," vysvětlil D'Couto.

Lithiové ionty také nesou další materiály, které se tvoří jako plak na separátoru mezi anodou a katodou baterie, což v podstatě ucpává baterii a snižuje výkon. Anoda XNRGI odolává tvorbě dendritů a prodlužuje životnost baterie díky nevodivému povlaku na křemíkovém plátku. Prvky nesené spolu s ionty lithia se na tento povrch nelepí, a tak nemohou snadno vytvářet dendrity nebo vytvářet plak.

D’Couto odhaduje, že baterie XNRGI Powerchip nabídne třikrát až pětkrát delší životnost, než je dnes schopna dosáhnout lithium-iontová baterie.

Snížená doba nabíjení a delší dojezd

Zvětšený povrch uvnitř Powerchip znamená, že se baterie může vybíjet a nabíjet mnohem rychleji než běžné lithium-iontové články. To znamená, že při řízení je k dispozici více výkonu. A co je důležitější, znamená to rychlejší nabíjení.

Podle D’Couto je anoda Powerchip schopna dosáhnout 80% nabití z prázdného stavu za 15 minut. Běžnější 10% až 90% dobití je také zaměřeno na 15 minut. Kromě rychlého nabíjení XNRGI odhaduje, že baterie Powerchip zvýší dojezd EV až o 280 % ve srovnání s běžnou lithium-iontovou baterií stejné hmotnosti. Pro informaci to znamená, že současný elektromobil s dojezdem 250 mil (jako mnozí mají) by měl dojezd 700 mil.

Baterie XNRGI je také mnohem lehčí než dnešní články. Výrobci automobilů by se mohli rozhodnout vyrábět lehčí a účinnější elektromobily nebo dát do vozu více baterií pro ještě delší dojezd při stávající hmotnosti.

Kdy to uvidíme?

Právě nyní XNRGI spolupracuje se společnostmi, které používají všechny druhy baterií od malé spotřební elektroniky po výrobce automobilů a dokonce i sítě na úrovni sítě. Společnost očekává, že zavedení spotřebitelských produktů a licenční smlouvy budou dokončeny během příštích dvou až pěti let v závislosti na použití baterií.

„Očekáváme, že naše baterie budou v roce 2020 používány v produktech pro mobilitu, jako jsou motorky, skútry, drony, roboty a další,“ uvedl D’Couto. „U elektromobilů to bude pravděpodobně rok 2022 nebo 2023 v nějakém omezeném objemu, pak v roce 2024 přijetí velkého množství elektromobilů. To je pro automobilový průmysl po jejich rozsáhlém testování normou.“

Příchod bezpečných, rychle nabíjecích, dlouhotrvajících baterií s dlouhým dosahem pravděpodobně změní hru v odvětví EV. Když se na to zpětně podíváme, vědci z celého světa zkoumají lepší technologii baterií, možná bychom se neměli divit, že je někdo našel.

Upgradujte svůj životní stylDigitální trendy pomáhají čtenářům mít přehled o rychle se měnícím světě technologií se všemi nejnovějšími zprávami, zábavnými recenzemi produktů, zasvěcenými úvodníky a jedinečnými náhledy.