XNRGI kehittää EV-akkutekniikkaa, joka ulottuu 700 mailiin

Yksi sähköautoteollisuuden haasteista on akun syöttö. Tämän vuoden toukokuussa Teslan globaali toimituspäällikkö totesi, että yritys suunnittelee a puute tärkeimmistä akkumateriaaleista. Autovalmistajat työskentelevät integroida vertikaalisesti akkujen valmistuksen osaksi liiketoimintaansa varmistaakseen, että heillä on tarvittaessa pääsy akkuihin.

Suurelta osin tämä johtuu siitä, että litiumioniakut ovat ladattavien kennojen standardi. Niitä käytetään kaikessa kameroista ja puhelimista sähköautoihin. Sen lisäksi, että Li-ion-akut ovat kalliita ja riippuvaisia ​​niukoista resursseista, ne voivat ylikuumentua ja syttyä tuleen. räjähtävä. Siksi lentoyhtiöt eivät halua näitä akkuja lastiruumaan. Lisäksi litiumioniakkuja valmistavien uusien tehtaiden rakentaminen on kallista ja aikaa vievää. Tesla sijoitti 5 miljardia dollaria Nevadaan

Tarvitaan uusi akkuarkkitehtuuri, joka on helpompi tehdä. Ihannetapauksessa uudella akulla olisi korkeampi energiatiheys ja nopeampi latausaika, jotta se olisi ihanteellinen ajoneuvokäyttöön.

Tiedät jo mitä seuraavaksi: yritys nimeltä XNRGI Portlandin lähellä Oregonissa sijaitseva heillä on vastaus. Se ei sinänsä ole harvinaista. Monet ihmiset ovat väittäneet, että heillä on ihmeakku, mutta he näyttävät aina sanovan, etteivät voi kertoa sinulle siitä vielä.

Erona XNRGI: hen on se, että heillä on portfolio julkaistuja patentteja, jotka on sidottu suoraan heidän Powerchip-akkuteknologiaansa, ja he ovat hakeneet useita muita. Yhtiö on myös saanut tutkimukseensa rahoitusta Yhdysvaltain energiaministeriöltä. Patenttisuojan ja rahoituksen ansiosta XNRGI on innokas kertomaan maailmalle, mitä heillä on.

"Uskomme, että voimme nyt ratkaista kaikki litiumioniakkuihin liittyvät ongelmat samanaikaisesti", sanoi XNRGI: n toimitusjohtaja Chris D'Couto.

Vanha tekniikka saa uuden tarkoituksen

Keskeinen ero perinteisen litiumioniakun ja XNRGI Powerchip -akun välillä on sen koostumus. Kun perinteiset litiumioniakut käyttävät grafiittilietettä kaksiulotteisella johtimella rakennusmateriaalina, XNRGI-akussa käytetään litiummetallia kolmiulotteisessa huokoisessa piikiekossa. Kiekoissa ei ole mitään uutta tai erilaista; ne ovat samoja levyjä, joita puolijohdeteollisuus on valmistanut vuosikymmeniä.

"Suoritamme todistettuja siruvalmistusvaiheita ja käytämme niitä tähän akkuun", D'Couto sanoi. "Otamme jotain yhdeltä toimialalta ja käytämme sitä toisella toimialalla. Emme keksi mitään sillä rintamalla. Voimme ostaa kiekot, joten meillä ei ole suuria pääomasijoituksia tehtaaseen."

Parasta on, että XNRGI-akut on valmistettu vanhemmista, paksummista kiekoista, joille ei ole enää kysyntää. Maailmanlaajuinen infrastruktuuri on jo olemassa näiden kiekkojen valmistamiseksi edullisesti ja suuria määriä.

Piikiekkojen etu

Piikiekkojen käytön etu akun rakentamiseen riippuu toisesta vakiintuneesta puolijohdeprosessista. XNRGI-design käyttää rei'itettyjä kiekkoja vohvelimaisen pinnan luomiseksi. Jokainen 12 tuuman piilevy voi sisältää jopa 160 miljoonaa mikroskooppista huokosta. Sitten kiekot päällystetään toiselta puolelta sähköä johtamattomalla pinnalla. Kiekon toinen puoli on päällystetty johtavalla metallilla sähkövirran kuljettamiseksi.

"Käyttämämme metallipinnoitteet ovat peräisin haketeollisuudesta", D'Couto sanoi, "ja eristävät pinnoitteet on otettu haketeollisuudesta ja niitä käytetään täällä. Emme keksi mitään prosessipuolella."

Kiekon huokoisuus kasvattaa akun kokonaispinta-alaa jopa 70 kertaa kaksiulotteiseen pintaan verrattuna. Jokainen huokos on fyysisesti erotettu naapureistaan, mikä auttaa poistamaan sisäisiä oikosulkuja ja auttaa akkua vastustamaan kulumista ajan ja käytön myötä.

"Jokainen näistä pienistä rei'istä on käytännössä hyvin pieni akku", D'Couto huomautti. "Kun jokin niistä epäonnistuu yksittäin, epäonnistuminen ei leviä. Tämä arkkitehtuuri tekee akusta täysin turvallisen estämällä lämmön karkaamisen ja räjähdyksen."

Parempi energiatiheys ja kapasiteetti

XNRGI: n kiekkotekniikka on suunniteltu menemään akun anodipuolelle. Kun akku on ladattu täyteen, anodi on kuin ämpäri elektroneja. Kun akku purkautuu, elektronit virtaavat piirin läpi akun katodipuolelle. Kun akku ladataan, anodisäiliö täyttyy uudelleen.

"Tänään, kun puhutaan litiumioniakusta, se on valmistettu litiumista interkaloitunut grafiitilla", D'Couto selitti. "Litiumioniakkujen perustamisesta lähtien grafiittia on käytetty anodipuolella tarjoamaan pysäköintipaikka litiumionien laskeutumiseen ja nousuun."

Huokoisen piikiekon suuri etu on, että XNRGI-anodin pinta-ala on 70 kertaa suurempi kuin grafiittianodilla. ja käyttää puhdasta litiummetallia, mikä antaa Powerchipin anodille noin 10 kertaa nykyisten litiumioniakun anodien energiatiheyden.

"Saamme enemmän energiatiheyttä pinta-alan kolmiulotteisen kasvun ansiosta", D'Couto totesi.

Vähemmän dendriittikasvua pidentää akun käyttöikää

Yksi syy ladattavien akkujen hajoamiseen ajan myötä on se, että kun anodi käy läpi toistuvia purkaus- ja latausjaksoja, se kerää kemiallisia kertymiä anodin pinnalle. Tätä kerääntymää kutsutaan "dendriitiksi" ja se näyttää kalkkikivistalaktiitilta. Dendriitit voivat lopulta lävistää anodin ja katodin välisen fyysisen erottimen ja aiheuttaa oikosulun akun.

"Kun dendriitti lävistää erottimen, saat akun nopean vian", D'Couto selitti.

Litium-ionit kuljettavat myös muita materiaaleja, jotka kerääntyvät kuten plakki erottimeen akun anodi- ja katodipuolen väliin, mikä olennaisesti tukkii akun ja heikentää suorituskykyä. XNRGI-anodi vastustaa dendriitin muodostumista ja pidentää akun käyttöikää piikiekon johtamattoman pinnoitteen ansiosta. Litium-ionien mukana kulkeutuvat alkuaineet eivät tartu kyseiseen pintaan, joten ne eivät voi helposti muodostaa dendriittejä tai muodostaa plakkia.

D'Couto arvioi, että XNRGI Powerchip -akun käyttöikä on kolmesta viiteen kertaa pidempi kuin litiumioniakulla nykyään.

Lyhennetty latausaika ja pidempi kantama

Suurempi pinta-ala Powerchipin sisällä tarkoittaa, että akku voi purkaa ja latautua paljon nopeammin kuin perinteiset litiumionikennot. Tämä tarkoittaa, että enemmän tehoa on käytettävissä ajaessasi. Mikä tärkeintä, se tarkoittaa nopeampaa latausta.

D’Couton mukaan Powerchip-anodi pystyy lataamaan 80 % tyhjästä 15 minuutissa. Yleisempi 10–90 prosentin lataus on myös kohdistettu 15 minuuttiin. Pikalatauksen lisäksi XNRGI arvioi, että Powerchip-akut lisäävät sähköautojen kantamaa jopa 280 % verrattuna tavanomaiseen samanpainoiseen litiumioniakkupakkaukseen. Viitteeksi tämä tarkoittaa, että nykyisellä sähköautolla, jonka toimintasäde on 250 mailia (kuten monilla on), on 700 mailia.

XNRGI-akku on myös paljon kevyempi kuin nykyiset kennot. Autonvalmistajat voisivat halutessaan tehdä kevyempiä ja tehokkaampia sähköautoja tai laittaa autoon enemmän akkuja, jotta ajomatka olisi entistä pidempi nykyisellä painolla.

Milloin näemme sen?

Tällä hetkellä XNRGI työskentelee yritysten kanssa, jotka käyttävät kaikenlaisia ​​akkuja pienistä kulutuselektroniikasta autonvalmistajiin ja jopa verkkotason apuohjelmiin. Yhtiö arvioi kuluttajatuotteiden käyttöönoton ja lisenssisopimusten valmistuvan seuraavien 2–5 vuoden aikana akkusovelluksesta riippuen.

"Odotamme akkujamme käytettävän liikkuvuustuotteissa, kuten moottoripyörissä, skoottereissa, droneissa, roboteissa ja muissa vuonna 2020", D'Couto ennusti. ”Sähköautoissa se on todennäköisesti vuosi 2022 tai 2023 jossain rajoitetussa volyymissa, sitten suuren volyymin sähköautojen käyttöönotto vuonna 2024. Se on suunnilleen normi autoteollisuudelle niiden laajan testauksen jälkeen.

Turvallisen, nopeasti latautuvan, pitkäkestoisen ja pitkän kantaman akkuteknologian tulo muuttaa todennäköisesti sähköautoteollisuuden pelin. Jälkeenpäin tarkasteltuna, kun tiedemiehet ympäri maailmaa tutkivat parempaa akkutekniikkaa, meidän ei ehkä pitäisi olla yllättyneitä siitä, että joku löysi sen.

Päivitä elämäntapasiDigital Trends auttaa lukijoita pysymään tekniikan nopeatempoisessa maailmassa uusimpien uutisten, hauskojen tuotearvostelujen, oivaltavien toimitusten ja ainutlaatuisten kurkistusten avulla.