XNRGI arendab elektrisõidukite akutehnoloogiat, mis ulatub 700 miilini

Üks elektrisõidukite tööstuse ees seisvaid väljakutseid on aku toide. Selle aasta mais teatas Tesla globaalne tarnejuht, et ettevõte plaanib a puudus aku peamistest materjalidest. Autotootjad töötavad selle nimel vertikaalselt integreerida akude tootmist oma ettevõttesse, et tagada neile vajadusel juurdepääs akudele.

Suures osas juhtub see seetõttu, et liitiumioonakud on laetavate elementide standard. Neid kasutatakse kõiges alates kaameratest ja telefonidest kuni elektrisõidukiteni. Lisaks sellele, et liitiumioonakud on kallid ja sõltuvad nappidest ressurssidest, on neil oht üle kuumeneda ja süttida või isegi plahvatav. Sellepärast lennufirmad ei taha neid akusid oma lastiruumi. Lisaks on liitiumioonakude valmistamiseks uute tehaste ehitamine kallis ja aeganõudev. Tesla investeeris oma Nevadasse 5 miljardit dollarit

Vaja on uut akuarhitektuuri, mida on lihtsam teha. Ideaaljuhul oleks uuel akukonstruktsioonil suurem energiatihedus ja kiirem laadimisaeg, et muuta see ideaalselt sõidukite jaoks.

Te juba teate, mis järgmiseks tuleb: ettevõte helistas XNRGI Asub Portlandi lähedal, Oregonis ütleb, et neil on vastus. See pole iseenesest haruldane. Paljud inimesed on väitnud, et neil on imeaku, kuid nad näivad alati ütlevat, et ei saa teile sellest veel rääkida.

Erinevus XNRGI-st seisneb selles, et neil on avaldatud patentide portfell, mis on otseselt seotud nende Powerchipi akutehnoloogiaga, ja nad on taotlenud veel mitmeid. Ettevõte on saanud oma uurimistööks raha ka USA energeetikaministeeriumilt. Kuna patendikaitse ja rahastamine on paigas, soovib XNRGI maailmale rääkida, mis neil on.

"Usume, et saame nüüd korraga lahendada kõik liitiumioonakudega seotud probleemid," ütles XNRGI tegevjuht Chris D'Couto.

Vanem tehnika saab uue eesmärgi

Põhiline erinevus tavalise liitiumioonaku ja XNRGI Powerchip aku vahel on selle koostis. Kui tavalistes liitiumioonakudes kasutatakse ehitusmaterjalina kahemõõtmelisel juhil olevat grafiidipulka, siis XNRGI aku puhul kasutatakse kolmemõõtmelises poorses räniplaadis liitiummetalli. Vahvlite puhul pole midagi uut ega teistsugust; need on samad kettad, mida pooljuhtide tööstus on aastakümneid valmistanud.

"Teeme tõestatud kiibi valmistamise samme ja rakendame neid sellele akule," ütles D'Couto. „Võtame midagi ühest tööstusharust ja rakendame seda teises tööstusharus. Me ei leiuta sellel rindel midagi. Saame vahvleid osta, nii et meil pole tehasesse suuri kapitaliinvesteeringuid.

Parim osa on see, et XNRGI akud on valmistatud vanematest, paksematest vahvlitest, mille järele pole enam nõudlust. Nende vahvlite odavaks ja suures koguses tootmiseks on juba olemas ülemaailmne infrastruktuur.

Räniplaatide eelis

Räniplaatide kasutamise eelis aku ehitamiseks sõltub teisest hästi väljakujunenud pooljuhtprotsessist. XNRGI disain kasutab vahvlilaadse pinna loomiseks perforeeritud vahvleid. Iga 12-tolline räniplaat võib kanda kuni 160 miljonit mikroskoopilist poori. Seejärel kaetakse vahvlid ühelt poolt mittejuhtiva pinnaga. Vahvli teine ​​pool on elektrivoolu kandmiseks kaetud juhtiva metalliga.

"Meie kasutatavad metallkatted on võetud laastutööstusest," ütles D'Couto, "ja isolatsioonikatted on võetud laastutööstusest ja neid kasutatakse siin. Protsessi poole pealt me ​​midagi välja ei mõtle."

Vahvli poorne olemus suurendab aku kogupindala kahemõõtmelise pinnaga võrreldes kuni 70 korda. Iga poor on oma naabritest füüsiliselt eraldatud, mis aitab kõrvaldada sisemised lühised ja aitab akul vastu pidada aja jooksul ja kasutamise ajal lagunemisele.

"Iga neist väikestest aukudest on tegelikult väga väike aku," märkis D'Couto. "Kui mõni neist eraldi ebaõnnestub, siis rike ei levi. See arhitektuur muudab aku täiesti ohutuks, vältides termilist põgenemist ja plahvatusi.

Suurenenud energiatihedus ja -võimsus

XNRGI vahvlitehnoloogia on loodud töötama aku anoodi poolel. Kui aku on täielikult laetud, on anood nagu elektronide ämber. Aku tühjenemisel voolavad elektronid läbi vooluahela aku katoodpoolsele küljele. Kui aku laetakse, täitub anoodiämber uuesti.

"Täna, kui räägite liitiumioonakust, on see valmistatud liitiumist interkaleeritud grafiidiga,” selgitas D’Couto. "Alates liitiumioonakude loomisest on anoodi poolel kasutatud grafiiti, et liitiumioonid saaksid maanduda ja õhku tõusta."

Poorse räniplaadi disaini üks tohutu eelis on see, et XNRGI anoodil on 70 korda suurem pindala kui grafiitanoodil. ja kasutab puhast liitiummetalli, mis annab Powerchipi anoodile umbes 10 korda suurema energiatiheduse kui olemasolevad liitium-ioonaku anoodid.

"Me saame suurema energiatiheduse pindala kolmemõõtmelise suurenemise tõttu, " ütles D'Couto.

Vähem dendriidi kasvu tagab aku pikema tööea

Üks põhjus, miks akud aja jooksul lagunevad, on see, et kui anood läbib korduvaid tühjenemis- ja laadimistsükleid, koguneb anoodi pinnale keemiline aine. Seda kogunemist nimetatakse "dendriidiks" ja see näeb välja nagu lubjakivi stalaktiit. Dendriidid võivad lõpuks läbistada anoodi ja katoodi vahelise füüsilise eraldaja ning aku lühistada.

"Kui dendriit tungib läbi separaatori, tekib aku kiire rike," selgitas D'Couto.

Liitiumioonid kannavad ka muid materjale, mis ladestuvad nagu naastud aku anoodi- ja katoodpoolsele separaatorile, mis ummistavad aku ja vähendavad jõudlust. XNRGI anood takistab dendriidi moodustumist ja pikendab aku kasutusiga tänu räniplaadi mittejuhtivale kattekihile. Koos liitiumioonidega kaasas olevad elemendid ei kleepu sellele pinnale ja seega ei saa kergesti moodustada dendriite ega naastu.

D’Couto hinnangul pakub XNRGI Powerchipi tainas kolm kuni viis korda pikemat kasutusiga kui liitiumioonaku täna suudab.

Vähendatud laadimisaeg ja pikem tööulatus

Powerchipi suurem pindala tähendab, et aku saab tühjeneda ja uuesti laadida palju kiiremini kui tavalised liitiumioonelemendid. See tähendab, et sõites on rohkem võimsust saadaval. Mis veelgi olulisem, see tähendab kiiremat laadimist.

D’Couto sõnul on Powerchipi anood võimeline 15 minutiga tühjalt laadima 80%. Levinud 10% kuni 90% laadimine on samuti suunatud 15 minutile. Lisaks kiirlaadimisele suurendavad XNRGI hinnangul Powerchipi akud EV sõiduulatust kuni 280% võrreldes tavalise sama kaaluga liitiumioonakuga. Võrdluseks tähendab see, et praegusel 250-miilise sõiduulatusega EV-l (nagu paljudel) oleks 700-miiline tegevusulatus.

XNRGI aku on ka palju kergem kui tänapäeva elemendid. Autotootjad võiksid valida, kas teha kergemaid ja tõhusamaid elektrisõidukeid või panna autosse rohkem akusid, et olemasoleva kaalu juures oleks veelgi pikem sõiduulatus.

Millal me seda näeme?

Praegu teeb XNRGI koostööd ettevõtetega, kes kasutavad igasuguseid akusid alates väikesest olmeelektroonikast kuni autotootjateni ja isegi võrgutasandi kommunaalteenusteni. Ettevõte eeldab, et tarbekaupade kasutuselevõtt ja litsentsilepingud sõlmitakse järgmise kahe kuni viie aasta jooksul sõltuvalt aku rakendusest.

"Me eeldame, et meie akusid hakatakse 2020. aastal kasutama liikuvustoodetes, nagu mootorrattad, motorollerid, droonid, robotid ja palju muud," prognoosis D'Couto. „Elektrisõidukite puhul on see tõenäoliselt 2022. või 2023. aasta piiratud mahus, seejärel võetakse suures mahus elektrisõidukid kasutusele 2024. aastal. See on autotööstuse jaoks pärast nende ulatuslikku testimist umbes norm.

Ohutu, kiirlaadimise, kauakestva ja pika tööulatusega akutehnoloogia tulek muudab elektrisõidukite tööstust tõenäoliselt mängu. Tagantjärele mõeldes, kui teadlased üle kogu maailma uurivad paremat akutehnoloogiat, ei peaks me ehk imestama, et keegi selle leidis.

Uuendage oma elustiiliDigitaalsed suundumused aitavad lugejatel hoida silma peal kiirel tehnikamaailmal kõigi viimaste uudiste, lõbusate tooteülevaadete, sisukate juhtkirjade ja ainulaadsete lühiülevaadetega.