Jedan od izazova s kojima se suočava industrija električnih vozila je baterijsko napajanje. U svibnju ove godine Teslin globalni upravitelj nabave izjavio je da tvrtka planira a nedostatak ključnih materijala za baterije. Proizvođači automobila rade na tome okomito integrirati proizvodnju baterija u svoj posao kako bi osigurali da će imati pristup baterijama kada zatrebaju.
Sadržaj
- Starija tehnika dobiva novu svrhu
- Prednost silicijskih pločica
- Poboljšana gustoća i kapacitet energije
- Manji rast dendrita za dulje trajanje baterije
- Smanjeno vrijeme punjenja i veći domet
- Kada ćemo to vidjeti?
Velikim dijelom to se događa jer su litij-ionske baterije standard za punjive ćelije. Koriste se u svemu, od kamera i telefona do električnih vozila. Osim što su skupe i ovise o oskudnim resursima, Li-ion baterije nose opasnost od pregrijavanja i zapaljenja ili čak eksplodirajući. Zato zrakoplovne kompanije ne žele ove baterije u svojim prtljažnim prostorima. Povrh toga, izgradnja novih tvornica za proizvodnju litij-ionskih baterija je skupa i dugotrajna. Tesla je u svoju Nevadu uložio 5 milijardi dolara
Gigatvornica za vlastitu proizvodnju baterija za model 3. Teslin kapacitet je na oko 24 GWh danas, a do 35 GWh kada se završi u idućoj godini.Preporučeni videozapisi
Ono što je potrebno je nova arhitektura baterije koju je lakše napraviti. U idealnom slučaju, novi dizajn baterije imao bi veću gustoću energije i brže vrijeme punjenja kako bi bio idealan za korištenje u vozilu.
Već znate što slijedi: tvrtka je pozvala XNRGI sa sjedištem u blizini Portlanda, Oregon, kažu da imaju odgovor. To samo po sebi nije neuobičajeno. Mnogi su ljudi tvrdili da imaju čudesnu bateriju, ali čini se da uvijek govore da vam još ne mogu reći o njoj.
Razlika s XNRGI je u tome što imaju portfelj objavljenih patenata koji su izravno povezani s njihovom Powerchip baterijskom tehnologijom, a prijavili su se za još nekoliko. Tvrtka je također dobila sredstva od Ministarstva energetike SAD-a za svoje istraživanje. S patentnom zaštitom i financiranjem, XNRGI jedva čeka reći svijetu što ima.
"Vjerujemo da sada možemo istovremeno riješiti sve probleme s litij-ionskim baterijama", rekao je izvršni direktor XNRGI Chris D'Couto.
Starija tehnika dobiva novu svrhu
Ključna razlika između konvencionalne litij-ionske baterije i XNRGI Powerchip baterije je njezin sastav. Dok konvencionalne litij-ionske baterije koriste grafitnu kašu na dvodimenzionalnom vodiču kao građevinski materijal, XNRGI baterija koristi metalni litij u trodimenzionalnoj poroznoj silicijskoj ploči. Nema ništa novo niti drugačije u vezi napolitanki; to su isti diskovi koje je desetljećima izrađivala industrija poluvodiča.
"Poduzimamo provjerene korake u proizvodnji čipova i primjenjujemo ih na ovu bateriju", rekao je D'Couto. “Preuzimamo nešto iz jedne industrije i primjenjujemo to u drugoj industriji. Ne izmišljamo ništa na tom planu. Možemo kupiti vafle, tako da nemamo velika kapitalna ulaganja u tvornicu."
Najbolji dio je to što su XNRGI baterije izrađene od starijih, debljih pločica koje više nisu tražene. U cijelom svijetu već postoji infrastruktura za jeftinu proizvodnju ovih pločica iu velikim količinama.
Prednost silicijskih pločica
Prednost korištenja silicijskih pločica za izradu baterije ovisi o drugom dobro utvrđenom poluvodičkom procesu. XNRGI dizajn koristi perforirane pločice za stvaranje površine poput vafla. Svaki silikonski disk od 12 inča može sadržavati do 160 milijuna mikroskopskih pora. Zatim se oblatne s jedne strane oblažu neprovodljivom površinom. Druga strana pločice presvučena je vodljivim metalom za prijenos električne struje.
“Metalni premazi koje koristimo preuzeti su iz industrije čipova,” rekao je D’Couto, “a izolacijski premazi preuzeti su iz industrije čipova i koriste se ovdje. Ne izmišljamo ništa na strani procesa.”
XNRGI - PowerChip baterija
Porozna priroda pločice povećava ukupnu površinu baterije do 70 puta u usporedbi s dvodimenzionalnom površinom. Svaka je pora fizički odvojena od svojih susjeda, što pomaže u uklanjanju unutarnjih kratkih spojeva i pomaže bateriji da se odupre degradaciji tijekom vremena i upotrebe.
"Svaka od ovih malih rupica zapravo je vrlo sićušna baterija", primijetio je D'Couto. “Kad bilo koji od njih pojedinačno zakaže, neuspjeh se ne širi. Ova arhitektura čini bateriju potpuno sigurnom sprječavajući toplinski bijeg i eksplozije.”
Poboljšana gustoća i kapacitet energije
XNRGI-jeva tehnologija wafera dizajnirana je za postavljanje na anodnu stranu baterije. Kada je baterija potpuno napunjena, anoda je poput kante elektrona. Kako se baterija prazni, elektroni teku kroz krug do katodne strane baterije. Kada se baterija ponovno puni, spremnik anode se ponovno puni.
“Danas kada govorite o litij-ionskoj bateriji, ona je napravljena od litija interkalirani s grafitom”, objasnio je D’Couto. "Od početka litij-ionskih baterija, grafit se koristio na strani anode kako bi osigurao parkirno mjesto za slijetanje i polijetanje litijevih iona."
Jedna ogromna prednost dizajna pločica od poroznog silicija je da XNRGI anoda ima 70 puta veću površinu od grafitne anode i koristi čisti metalni litij, dajući anodi Powerchipa oko 10 puta veću gustoću energije od postojećih anoda litij-ionske baterije.
"Dobivamo veću gustoću energije zbog trodimenzionalnog povećanja površine", izjavio je D'Couto.
Manji rast dendrita za dulje trajanje baterije
Jedan od razloga zbog kojeg se punjive baterije s vremenom degradiraju jest taj što dok anoda prolazi kroz ponovljene cikluse pražnjenja i punjenja, dolazi do nakupljanja kemikalija na površini anode. Ova nakupina se naziva "dendrit" i izgleda kao vapnenački stalaktit. Dendriti mogu na kraju probiti fizički separator između anode i katode i kratko spojiti bateriju.
"Kad dendrit probije separator, dolazi do brzog kvara baterije", objasnio je D'Couto.
Litijevi ioni također nose druge materijale koji se nakupljaju poput plaka na separatoru između anodne i katodne strane baterije, u biti začepljujući bateriju i smanjujući učinkovitost. XNRGI anoda odolijeva stvaranju dendrita i produljuje vijek trajanja baterije zbog nevodljivog premaza na silicijskoj pločici. Elementi koji se nose zajedno s litijevim ionima ne lijepe se za tu površinu i stoga ne mogu lako formirati dendrite ili stvoriti plak.
D’Couto procjenjuje da će baterija XNRGI Powerchip ponuditi tri do pet puta duži radni vijek nego što to danas može postići litij-ionska baterija.
Smanjeno vrijeme punjenja i veći domet
Povećana površina unutar Powerchipa znači da se baterija može prazniti i ponovno puniti puno brže od konvencionalnih litij-ionskih ćelija. To znači da je više snage dostupno dok vozite. Što je još važnije, to znači brže punjenje.
Prema D’Coutou, Powerchip anoda može postići 80% punjenja iz prazne baterije za 15 minuta. Uobičajeno punjenje od 10% do 90% također je ciljano na 15 minuta. Osim brzog punjenja, XNRGI procjenjuje da će Powerchip baterije povećati EV domet do 280% u usporedbi s konvencionalnim litij-ionskim paketom baterija iste težine. Za referencu, to znači da bi trenutno električno vozilo s dometom od 250 milja (koliko mnogi imaju) imalo domet od 700 milja.
XNRGI baterija također je mnogo lakša od današnjih ćelija. Proizvođači automobila mogu odabrati izradu lakših i učinkovitijih električnih vozila ili staviti više baterija u automobil za još veći domet uz postojeću težinu.
Kada ćemo to vidjeti?
Upravo sada XNRGI radi s tvrtkama koje koriste sve vrste baterija od male potrošačke elektronike do proizvođača automobila, pa čak i komunalnih usluga na razini mreže. Tvrtka predviđa da će uvođenje potrošačkih proizvoda i ugovori o licenciranju biti finalizirani tijekom sljedeće dvije do pet godina, ovisno o primjeni baterije.
“Očekujemo da će se naše baterije koristiti u proizvodima za mobilnost kao što su motocikli, skuteri, bespilotne letjelice, roboti i još mnogo toga u 2020.”, predviđa D’Couto. „Što se tiče električnih vozila, to će vjerojatno biti 2022. ili 2023. u određenom ograničenom obimu, a zatim će velika količina EV biti prihvaćena 2024. godine. To je otprilike norma za automobilsku industriju nakon njihova opsežnog testiranja.”
Pojava sigurne tehnologije baterija s brzim punjenjem, dugotrajnim i dugotrajnim baterijama vjerojatno će promijeniti pravila igre za industriju električnih vozila. U retrospektivi, sa znanstvenicima diljem svijeta koji istražuju bolju tehnologiju baterija, možda ne bismo trebali biti iznenađeni što ju je netko pronašao.
Nadogradite svoj životni stilDigitalni trendovi pomažu čitateljima da prate brzi svijet tehnologije sa svim najnovijim vijestima, zabavnim recenzijama proizvoda, pronicljivim uvodnicima i jedinstvenim brzim pregledima.
