Μία από τις προκλήσεις που αντιμετωπίζει η βιομηχανία ηλεκτρικών οχημάτων είναι τροφοδοσία μπαταρίας. Τον Μάιο του τρέχοντος έτους, ο παγκόσμιος διευθυντής εφοδιασμού της Tesla δήλωσε ότι η εταιρεία σχεδιάζει για ένα έλλειψη βασικών υλικών μπαταρίας. Οι αυτοκινητοβιομηχανίες εργάζονται για να κατακόρυφη ενοποίηση κατασκευή μπαταριών στην επιχείρησή τους για να διασφαλίσουν ότι θα έχουν πρόσβαση σε μπαταρίες όταν χρειαστεί.
Περιεχόμενα
- Η παλαιότερη τεχνολογία αποκτά νέο σκοπό
- Το πλεονέκτημα των γκοφρετών πυριτίου
- Βελτιωμένη ενεργειακή πυκνότητα και χωρητικότητα
- Λιγότερη ανάπτυξη δενδριτών για μεγαλύτερη διάρκεια ζωής της μπαταρίας
- Μειωμένος χρόνος επαναφόρτισης και μεγαλύτερη εμβέλεια
- Πότε θα το δούμε;
Σε μεγάλο βαθμό, αυτό συμβαίνει επειδή οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι το πρότυπο για επαναφορτιζόμενες κυψέλες. Χρησιμοποιούνται σε οτιδήποτε, από κάμερες και τηλέφωνα μέχρι EV. Εκτός από το ότι είναι ακριβές και εξαρτώνται από σπάνιους πόρους, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου ενέχουν κίνδυνο υπερθέρμανσης και ανάφλεξης ή ακόμα και
εκρήγνυται. Να γιατί αεροπορικές εταιρείες δεν θέλουν αυτές τις μπαταρίες στα αμπάρια τους. Επιπλέον, η κατασκευή νέων εργοστασίων για την κατασκευή μπαταριών ιόντων λιθίου είναι δαπανηρή και χρονοβόρα. Η Tesla επένδυσε 5 δισεκατομμύρια δολάρια στη Νεβάδα της Gigafactory για την παραγωγή μπαταριών για το Μοντέλο 3 στο εσωτερικό. Η χωρητικότητα της Tesla είναι σε περίπου 24 GWh σήμερα και έως 35 GWh όταν ολοκληρωθεί το επόμενο έτος.Προτεινόμενα βίντεο
Αυτό που χρειάζεται είναι μια νέα αρχιτεκτονική μπαταρίας που είναι πιο εύκολο να κατασκευαστεί. Ιδανικά, ο νέος σχεδιασμός της μπαταρίας θα έχει υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα και ταχύτερο χρόνο επαναφόρτισης, ώστε να είναι ιδανικός για χρήση οχήματος.
Ξέρετε ήδη τι ακολουθεί: μια εταιρεία τηλεφώνησε XNRGI με έδρα κοντά στο Πόρτλαντ του Όρεγκον λέει ότι έχουν την απάντηση. Αυτό δεν είναι ασυνήθιστο από μόνο του. Πολλοί άνθρωποι ισχυρίστηκαν ότι έχουν μια θαυματουργή μπαταρία, αλλά πάντα φαίνεται να λένε ότι δεν μπορούν να σας πουν ακόμα γι' αυτήν.
Η διαφορά με το XNRGI είναι ότι έχουν ένα χαρτοφυλάκιο δημοσιευμένων διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας που συνδέονται απευθείας με την τεχνολογία μπαταριών Powerchip τους και έχουν υποβάλει αίτηση για πολλά άλλα. Η εταιρεία έχει επίσης λάβει χρηματοδότηση από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ για την έρευνά της. Με την προστασία των διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας και τη χρηματοδότηση, η XNRGI είναι πρόθυμη να πει στον κόσμο τι έχει.
«Πιστεύουμε ότι μπορούμε τώρα να αντιμετωπίσουμε ταυτόχρονα όλα τα προβλήματα με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου», δήλωσε ο διευθύνων σύμβουλος της XNRGI, Chris D'Couto.
Η παλαιότερη τεχνολογία αποκτά νέο σκοπό
Η βασική διαφορά μεταξύ μιας συμβατικής μπαταρίας ιόντων λιθίου και μιας μπαταρίας XNRGI Powerchip είναι η σύνθεσή της. Όπου οι συμβατικές μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούν ένα πολτό γραφίτη σε έναν δισδιάστατο αγωγό ως δομικό υλικό, η μπαταρία XNRGI χρησιμοποιεί μέταλλο λιθίου σε τρισδιάστατο πορώδες πλακίδιο πυριτίου. Δεν υπάρχει τίποτα νέο ή διαφορετικό σχετικά με τις γκοφρέτες. είναι οι ίδιοι δίσκοι που κατασκευάζονται εδώ και δεκαετίες από τη βιομηχανία ημιαγωγών.
"Λαμβάνουμε αποδεδειγμένα βήματα κατασκευής τσιπ και τα εφαρμόζουμε σε αυτήν την μπαταρία", δήλωσε ο D'Couto. «Παίρνουμε κάτι από έναν κλάδο και το εφαρμόζουμε σε έναν άλλο κλάδο. Δεν επινοούμε τίποτα σε αυτό το μέτωπο. Μπορούμε να αγοράσουμε τις γκοφρέτες, επομένως δεν έχουμε τη μεγάλη επένδυση κεφαλαίου σε ένα εργοστάσιο».
Το καλύτερο μέρος είναι ότι οι μπαταρίες XNRGI κατασκευάζονται με παλαιότερες, παχύτερες γκοφρέτες που δεν είναι πλέον σε ζήτηση. Υπάρχει ήδη παγκόσμια υποδομή για την κατασκευή αυτών των γκοφρετών φθηνά και σε μεγάλη ποσότητα.
Το πλεονέκτημα των γκοφρετών πυριτίου
Το πλεονέκτημα της χρήσης πλακών πυριτίου για την κατασκευή μιας μπαταρίας εξαρτάται από μια άλλη καθιερωμένη διαδικασία ημιαγωγών. Ο σχεδιασμός XNRGI χρησιμοποιεί διάτρητες γκοφρέτες για να δημιουργήσει μια επιφάνεια που μοιάζει με βάφλα. Κάθε δίσκος πυριτίου 12 ιντσών μπορεί να μεταφέρει έως και 160 εκατομμύρια μικροσκοπικούς πόρους. Στη συνέχεια, οι γκοφρέτες επικαλύπτονται με μια μη αγώγιμη επιφάνεια στη μία πλευρά. Η άλλη πλευρά της γκοφρέτας είναι επικαλυμμένη με ένα αγώγιμο μέταλλο για να μεταφέρει το ηλεκτρικό ρεύμα.
«Οι μεταλλικές επικαλύψεις που χρησιμοποιούμε προέρχονται από τη βιομηχανία τσιπ», είπε ο D'Couto, «και οι μονωτικές επιστρώσεις προέρχονται από τη βιομηχανία τσιπ και χρησιμοποιούνται εδώ. Δεν επινοούμε τίποτα από την πλευρά της διαδικασίας».
XNRGI - Μπαταρία PowerChip
Η πορώδης φύση της γκοφρέτας αυξάνει τη συνολική επιφάνεια της μπαταρίας έως και 70 φορές σε σύγκριση με μια δισδιάστατη επιφάνεια. Κάθε πόρος διαχωρίζεται φυσικά από τους γείτονές του, γεγονός που βοηθά στην εξάλειψη των εσωτερικών βραχυκυκλωμάτων και βοηθά την μπαταρία να αντιστέκεται στην υποβάθμιση με την πάροδο του χρόνου και της χρήσης.
«Κάθε μία από αυτές τις μικρές τρύπες είναι ουσιαστικά μια πολύ μικροσκοπική μπαταρία», παρατήρησε ο Ντ'Κούτο. «Όταν κάποιο από αυτά αποτυγχάνει μεμονωμένα, η αποτυχία δεν διαδίδεται. Αυτή η αρχιτεκτονική καθιστά την μπαταρία απολύτως ασφαλή αποτρέποντας τη θερμική διαφυγή και τις εκρήξεις.»
Βελτιωμένη ενεργειακή πυκνότητα και χωρητικότητα
Η τεχνολογία πλακιδίων XNRGI έχει σχεδιαστεί για να πηγαίνει στην πλευρά της ανόδου μιας μπαταρίας. Όταν μια μπαταρία είναι πλήρως φορτισμένη, η άνοδος είναι σαν κουβάς ηλεκτρονίων. Καθώς η μπαταρία αποφορτίζεται, τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσω του κυκλώματος προς την πλευρά της καθόδου της μπαταρίας. Όταν η μπαταρία επαναφορτιστεί, ο κάδος ανόδου ξαναγεμίζει.
«Σήμερα, όταν μιλάτε για μια μπαταρία ιόντων λιθίου, είναι κατασκευασμένη από λίθιο παρεμβαλλόμενος με γραφίτη», εξήγησε ο Ντ'Κούτο. «Από την αρχή των μπαταριών ιόντων λιθίου, ο γραφίτης έχει χρησιμοποιηθεί στην πλευρά της ανόδου για να παρέχει ένα σημείο στάθμευσης για τα ιόντα λιθίου να προσγειωθούν και να απογειωθούν».
Ένα τεράστιο πλεονέκτημα του σχεδιασμού του πορώδους πυριτίου είναι ότι η άνοδος XNRGI έχει 70 φορές μεγαλύτερη επιφάνεια από μια άνοδο γραφίτη και χρησιμοποιεί καθαρό μέταλλο λιθίου, δίνοντας στην άνοδο του Powerchip περίπου 10 φορές την ενεργειακή πυκνότητα από τις υπάρχουσες ανόδους μπαταριών ιόντων λιθίου.
"Λαμβάνουμε περισσότερη ενεργειακή πυκνότητα λόγω της τρισδιάστατης αύξησης της επιφάνειας", δήλωσε ο D'Couto.
Λιγότερη ανάπτυξη δενδριτών για μεγαλύτερη διάρκεια ζωής της μπαταρίας
Ένας λόγος που οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες υποβαθμίζονται με την πάροδο του χρόνου είναι ότι καθώς η άνοδος περνάει από επαναλαμβανόμενους κύκλους εκφόρτισης και φόρτισης, δημιουργείται μια χημική συσσώρευση στην επιφάνεια της ανόδου. Αυτή η συσσώρευση ονομάζεται «δενδρίτης» και μοιάζει με ασβεστολιθικό σταλακτίτη. Οι δενδρίτες μπορούν τελικά να τρυπήσουν τον φυσικό διαχωριστή μεταξύ της ανόδου και της καθόδου και να βραχυκυκλώσουν την μπαταρία.
«Όταν ο δενδρίτης διατρυπήσει τον διαχωριστή, αντιμετωπίζετε μια γρήγορη αστοχία της μπαταρίας», εξήγησε ο D'Couto.
Τα ιόντα λιθίου μεταφέρουν επίσης άλλα υλικά που συσσωρεύονται σαν πλάκα στον διαχωριστή μεταξύ των πλευρών της ανόδου και της καθόδου της μπαταρίας, ουσιαστικά φράζοντας την μπαταρία και μειώνοντας την απόδοση. Η άνοδος XNRGI αντιστέκεται στο σχηματισμό δενδρίτη και παρατείνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας λόγω της μη αγώγιμης επίστρωσης στη γκοφρέτα πυριτίου. Τα στοιχεία που μεταφέρονται μαζί με τα ιόντα λιθίου δεν κολλάνε σε αυτή την επιφάνεια και έτσι δεν μπορούν εύκολα να σχηματίσουν δενδρίτες ή να δημιουργήσουν πλάκα.
Ο D'Couto εκτιμά ότι μια μπαταρία XNRGI Powerchip θα προσφέρει τρεις έως πέντε φορές μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από αυτή που μπορεί να επιτύχει μια μπαταρία ιόντων λιθίου σήμερα.
Μειωμένος χρόνος επαναφόρτισης και μεγαλύτερη εμβέλεια
Η αυξημένη επιφάνεια μέσα σε ένα Powerchip σημαίνει ότι η μπαταρία μπορεί να αποφορτιστεί και να επαναφορτιστεί πολύ πιο γρήγορα από τις συμβατικές κυψέλες ιόντων λιθίου. Αυτό σημαίνει ότι είναι διαθέσιμη περισσότερη ισχύς όταν οδηγείτε. Το πιο σημαντικό, σημαίνει ταχύτερη επαναφόρτιση.
Σύμφωνα με τον D'Couto, η άνοδος Powerchip είναι ικανή να επιτύχει επαναφόρτιση 80% από το κενό σε 15 λεπτά. Η πιο συνηθισμένη επαναφόρτιση 10% έως 90% στοχεύει επίσης στα 15 λεπτά. Εκτός από τη γρήγορη φόρτιση, η XNRGI εκτιμά ότι οι μπαταρίες Powerchip θα αυξήσουν το εύρος των EV έως και 280% σε σύγκριση με ένα συμβατικό πακέτο μπαταριών ιόντων λιθίου ίδιου βάρους. Για αναφορά, αυτό σημαίνει ότι ένα τρέχον EV με εμβέλεια 250 μιλίων (όπως πολλά έχουν) θα έχει αυτονομία 700 μιλίων.
Η μπαταρία XNRGI είναι επίσης πολύ ελαφρύτερη από τις σημερινές κυψέλες. Οι αυτοκινητοβιομηχανίες θα μπορούσαν να επιλέξουν να κατασκευάσουν ελαφρύτερα και πιο αποδοτικά EV ή να τοποθετήσουν περισσότερες μπαταρίες στο αυτοκίνητο για ακόμη μεγαλύτερη αυτονομία με το υπάρχον βάρος.
Πότε θα το δούμε;
Αυτήν τη στιγμή, η XNRGI συνεργάζεται με εταιρείες που χρησιμοποιούν κάθε είδους μπαταρία, από μικρά ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης έως αυτοκινητοβιομηχανίες, ακόμη και βοηθητικά προγράμματα σε επίπεδο δικτύου. Η εταιρεία αναμένει ότι οι συμφωνίες διάθεσης καταναλωτικών προϊόντων και αδειοδότησης θα οριστικοποιηθούν τα επόμενα δύο έως πέντε χρόνια, ανάλογα με την εφαρμογή της μπαταρίας.
«Αναμένουμε ότι οι μπαταρίες μας θα χρησιμοποιηθούν σε προϊόντα κινητικότητας όπως μοτοσικλέτες, σκούτερ, drones, ρομπότ και πολλά άλλα το 2020», προέβλεψε ο D'Couto. «Στα ηλεκτρικά οχήματα, πιθανότατα θα είναι το 2022 ή το 2023 σε περιορισμένο όγκο και στη συνέχεια η υιοθέτηση ηλεκτρικών οχημάτων μεγάλου όγκου το 2024. Αυτό είναι περίπου ο κανόνας για την αυτοκινητοβιομηχανία μετά τις εκτεταμένες δοκιμές τους».
Η έλευση της τεχνολογίας ασφαλών, γρήγορης φόρτισης, μακράς διάρκειας και μεγάλης εμβέλειας μπαταρίας είναι πιθανό να αλλάξει το παιχνίδι για τη βιομηχανία EV. Εκ των υστέρων, με επιστήμονες σε όλο τον κόσμο να ερευνούν καλύτερη τεχνολογία μπαταριών, ίσως δεν πρέπει να εκπλαγούμε που κάποιος τη βρήκε.
Αναβαθμίστε τον τρόπο ζωής σαςΤο Digital Trends βοηθά τους αναγνώστες να παρακολουθούν τον γρήγορο κόσμο της τεχνολογίας με όλα τα τελευταία νέα, διασκεδαστικές κριτικές προϊόντων, διορατικά editorial και μοναδικές κρυφές ματιές.
