Az XNRGI elektromos járművek akkumulátortechnológiáját fejleszti, amely 700 mérföldre bővíti a hatótávolságot

Az elektromos járműipar előtt álló egyik kihívás az akkumulátor-ellátás. Idén májusban a Tesla globális ellátási menedzsere kijelentette, hogy a vállalat azt tervezi, hogy a hiány kulcsfontosságú akkumulátoranyagokból. Az autógyártók azon dolgoznak függőlegesen integrálni az akkumulátorgyártást vállalkozásukba, hogy szükség esetén hozzáférhessenek az akkumulátorokhoz.

Ez nagyrészt azért történik, mert a lítium-ion akkumulátorok az újratölthető cellák szabványa. A fényképezőgépektől és telefonoktól az elektromos járművekig mindenben használják. Amellett, hogy drágák és szűkös erőforrásoktól függőek, a Li-ion akkumulátorok túlmelegedést és tűzveszélyt is hordozhatnak. felrobbanó. Ezért légitársaságok nem akarják ezeket az akkumulátorokat a rakterükben. Ráadásul a lítium-ion akkumulátorok gyártására szolgáló új gyárak építése drága és időigényes. A Tesla 5 milliárd dollárt fektetett be Nevadába

Amire szükség van, az egy új akkumulátor-architektúra, amely könnyebben elkészíthető. Ideális esetben az új akkumulátor-konstrukció nagyobb energiasűrűséggel és gyorsabb újratöltési idővel rendelkezik, hogy ideális legyen járműhasználathoz.

Már tudja, mi jön ezután: egy cég hívott XNRGI Portland közelében, Oregon államban azt mondja, hogy megvan a válasz. Ez önmagában nem ritka. Sokan azt állították, hogy csodaakkumulátoruk van, de mindig azt mondják, hogy még nem mondhatnak róla.

Az XNRGI-vel szemben az a különbség, hogy a Powerchip akkumulátortechnológiájukhoz közvetlenül kötődő közzétett szabadalmak portfóliója van, és számos további kérelmet nyújtottak be. A vállalat az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumától is kapott támogatást kutatásaikhoz. A szabadalmi oltalom és finanszírozás birtokában az XNRGI szívesen elmondja a világnak, hogy mit tud.

„Úgy gondoljuk, hogy a lítium-ion akkumulátorokkal kapcsolatos összes problémát egyszerre tudjuk megoldani” – mondta Chris D'Couto, az XNRGI vezérigazgatója.

A régebbi technológia új célt kap

A fő különbség a hagyományos lítium-ion akkumulátor és az XNRGI Powerchip akkumulátor között az összetételében rejlik. Ahol a hagyományos lítium-ion akkumulátorok kétdimenziós vezetőn grafitszuszpenziót használnak építőanyagként, az XNRGI akkumulátor lítiumfémet használ egy háromdimenziós porózus szilícium lapkában. Nincs semmi új vagy más az ostyákban; ugyanazok a lemezek, amelyeket a félvezetőipar évtizedek óta gyárt.

„Bevált chipgyártási lépéseket teszünk, és alkalmazzuk ezeket az akkumulátorra” – mondta D'Couto. „Az egyik iparágból átveszünk valamit, és egy másik iparágban alkalmazzuk. Ezen a téren nem találunk ki semmit. Meg tudjuk vásárolni az ostyákat, így nincs nagy tőkebefektetésünk egy gyárba.”

A legjobb az egészben az, hogy az XNRGI akkumulátorok régebbi, vastagabb ostyákból készülnek, amelyekre már nincs kereslet. Világszerte már létezik infrastruktúra ezen ostyák olcsó és nagy mennyiségben történő előállításához.

A szilícium lapkák előnye

A szilíciumlapkák használatának előnye akkumulátor építéséhez egy másik jól bevált félvezető eljárástól függ. Az XNRGI kialakítás perforált ostyákat használ, hogy gofriszerű felületet hozzon létre. Minden 12 hüvelykes szilíciumlemez akár 160 millió mikroszkopikus pórust is képes hordozni. Ezután az ostyákat az egyik oldalon nem vezető felülettel vonják be. Az ostya másik oldala vezetőképes fémmel van bevonva az elektromos áram szállítására.

„Az általunk használt fémbevonatok a forgácsiparból származnak – mondta D'Couto –, a szigetelő bevonatok pedig a forgácsiparból származnak, és itt használják fel. Nem találunk ki semmit a folyamat oldalán.”

Az ostya porózus jellege akár 70-szeresére növeli az akkumulátor teljes felületét egy kétdimenziós felülethez képest. Mindegyik pórus fizikailag el van választva szomszédaitól, ami segít kiküszöbölni a belső rövidzárlatokat, és segít az akkumulátornak ellenállni az idő és a használat során bekövetkező leromlásnak.

„Ezek a kis lyukak mindegyike gyakorlatilag egy nagyon apró elem” – jegyezte meg D'Couto. „Ha ezek közül bármelyik külön-külön meghibásodik, a kudarc nem terjed tovább. Ez az architektúra teljesen biztonságossá teszi az akkumulátort azáltal, hogy megakadályozza a hőkifutást és a robbanásokat.”

Javított energiasűrűség és kapacitás

Az XNRGI szelet technológiáját úgy tervezték, hogy az akkumulátor anódoldalára menjen. Amikor az akkumulátor teljesen feltöltődött, az anód olyan, mint egy vödör elektron. Ahogy az akkumulátor lemerül, az elektronok az áramkörön keresztül az akkumulátor katódoldalára áramlanak. Az akkumulátor feltöltésekor az anódos vödör újratöltődik.

„Ha ma lítium-ion akkumulátorról beszélünk, az lítiumból készült közbeiktatott grafittal – magyarázta D’Couto. "A lítium-ion akkumulátorok megjelenése óta az anódoldalon grafitot használnak, hogy parkolóhelyet biztosítsanak a lítium-ionok leszállásához és felszállásához."

A porózus szilícium lapka egyik óriási előnye, hogy az XNRGI anód felülete 70-szer nagyobb, mint a grafit anódé. és tiszta lítium fémet használ, így a Powerchip anódja körülbelül 10-szer akkora energiasűrűséget biztosít, mint a meglévő lítium-ion akkumulátor anódok.

"Nagyobb energiasűrűséget kapunk a felület háromdimenziós növekedése miatt" - mondta D'Couto.

Kevesebb dendritnövekedés a hosszabb akkumulátor-élettartam érdekében

Az egyik oka annak, hogy az újratölthető akkumulátorok idővel leromlanak, az az, hogy amikor az anód ismételt kisülési és töltési ciklusokon megy keresztül, vegyi anyagok halmozódnak fel az anód felületén. Ezt a felhalmozódást „dendritnek” nevezik, és úgy néz ki, mint egy mészkő cseppkő. A dendritek végül átszúrhatják az anód és a katód közötti fizikai elválasztót, és rövidre zárhatják az akkumulátort.

„Amikor a dendrit átüti a szeparátort, az akkumulátor gyorsan meghibásodik” – magyarázta D'Couto.

A lítium-ionok más anyagokat is hordoznak, amelyek lepedékként rakódnak le az elem anód- és katódoldala közötti elválasztón, lényegében eltömítve az akkumulátort és csökkentve a teljesítményt. Az XNRGI anód ellenáll a dendritképződésnek, és meghosszabbítja az akkumulátor élettartamát a szilícium lapka nem vezető bevonata miatt. A lítium-ionokkal együtt szállított elemek nem tapadnak meg a felülethez, így nem tudnak könnyen dendriteket képezni vagy lepedéket felépíteni.

D'Couto becslése szerint az XNRGI Powerchip akkumulátor három-ötször hosszabb élettartamot biztosít, mint a mai lítium-ion akkumulátor.

Csökkentett újratöltési idő és hosszabb hatótáv

A Powerchip belsejében lévő megnövelt felület azt jelenti, hogy az akkumulátor sokkal gyorsabban tud lemerülni és újratölteni, mint a hagyományos lítium-ion cellák. Ez azt jelenti, hogy több teljesítmény áll rendelkezésre vezetés közben. Ennél is fontosabb, hogy gyorsabb újratöltést jelent.

D’Couto szerint a Powerchip anód 15 perc alatt képes 80%-os újratöltést elérni üresről. A gyakoribb 10-90%-os újratöltés szintén 15 percet céloz meg. A gyors töltés mellett az XNRGI becslése szerint a Powerchip akkumulátorok akár 280%-kal is növelik az elektromos járművek hatótávolságát az azonos tömegű hagyományos lítium-ion akkumulátorokhoz képest. Referenciaként ez azt jelenti, hogy egy jelenlegi, 250 mérföldes hatótávolságú elektromos autó (amennyire sokaknak) 700 mérföldes hatótávolságú lenne.

Az XNRGI akkumulátor is sokkal könnyebb, mint a mai cellák. Az autógyártók dönthetnek úgy, hogy könnyebb és hatékonyabb elektromos járműveket készítenek, vagy több akkumulátort helyeznek az autóba, hogy a jelenlegi tömeg mellett még hosszabb hatótávot biztosítsanak.

Mikor fogjuk látni?

Jelenleg az XNRGI olyan cégekkel dolgozik együtt, amelyek mindenféle akkumulátort használnak a kis fogyasztói elektronikai cikkektől az autógyártókig, sőt a hálózati szintű közművekig. A vállalat a fogyasztói termékek bevezetésére és a licencszerződésekre az akkumulátor alkalmazásától függően az elkövetkező két-öt évben várható.

„Azt várjuk, hogy akkumulátorainkat 2020-ban olyan mobilitási termékekben használják majd, mint a motorok, robogók, drónok, robotok és egyebek” – vetítette előre D'Couto. „Az elektromos járművek esetében valószínűleg 2022 vagy 2023 lesz bizonyos korlátozott mennyiségben, majd a nagy volumenű elektromos járművek bevezetése 2024-ben. Nagyjából ez a norma az autóiparban a kiterjedt tesztelés után.”

A biztonságos, gyorsan tölthető, hosszú élettartamú és nagy hatótávolságú akkumulátortechnológia megjelenése valószínűleg megváltoztatja az elektromos járművek iparágát. Utólag visszagondolva, a világ minden tájáról kutatva a jobb akkumulátor-technológiát kutató tudósok, talán nem is csodálkozhatunk azon, hogy valaki megtalálta.

Frissítse életmódjátA Digital Trends segítségével az olvasók nyomon követhetik a technológia rohanó világát a legfrissebb hírekkel, szórakoztató termékismertetőkkel, éleslátó szerkesztőségekkel és egyedülálló betekintésekkel.