XNRGI mengembangkan teknologi baterai EV yang memperluas jangkauan hingga 700 mil

Salah satu tantangan yang dihadapi industri kendaraan listrik adalah persediaan baterai. Pada bulan Mei tahun ini, manajer pasokan global Tesla menyatakan bahwa perusahaan berencana untuk a kekurangan bahan baterai utama. Produsen mobil sedang berupaya untuk mencapainya berintegrasi secara vertikal manufaktur baterai ke dalam bisnis mereka untuk memastikan bahwa mereka akan memiliki akses ke baterai bila diperlukan.

Hal ini sebagian besar terjadi karena baterai litium-ion merupakan standar untuk sel yang dapat diisi ulang. Mereka digunakan dalam segala hal mulai dari kamera dan ponsel hingga kendaraan listrik. Selain mahal dan bergantung pada sumber daya yang langka, baterai Li-ion membawa bahaya panas berlebih dan bahkan terbakar

Yang dibutuhkan adalah arsitektur baterai baru yang lebih mudah dibuat. Idealnya, desain baterai baru memiliki kepadatan energi yang lebih tinggi dan waktu pengisian ulang yang lebih cepat sehingga ideal untuk digunakan di kendaraan.

Anda sudah tahu apa yang akan terjadi selanjutnya: sebuah perusahaan menelepon XNRGI yang berbasis di dekat Portland, Oregon mengatakan mereka punya jawabannya. Hal ini bukanlah hal yang aneh. Banyak orang mengaku mempunyai baterai ajaib, namun sepertinya mereka selalu mengatakan bahwa mereka belum bisa memberi tahu Anda tentangnya.

Perbedaannya dengan XNRGI adalah mereka memiliki portofolio paten yang dipublikasikan dan terkait langsung dengan teknologi baterai Powerchip mereka, dan mereka telah mengajukan beberapa paten lagi. Perusahaan juga telah menerima dana dari Departemen Energi AS untuk penelitian mereka. Dengan adanya perlindungan paten dan pendanaan, XNRGI ingin sekali memberi tahu dunia apa yang mereka miliki.

“Kami percaya bahwa kami sekarang dapat mengatasi semua masalah baterai Lithium-ion secara bersamaan,” kata CEO XNRGI Chris D’Couto.

Teknologi lama mendapat tujuan baru

Perbedaan utama antara baterai Lithium-ion konvensional dan baterai XNRGI Powerchip adalah komposisinya. Jika baterai Litium-ion konvensional menggunakan bubur grafit pada konduktor dua dimensi sebagai bahan bangunan, baterai XNRGI menggunakan logam litium dalam wafer silikon berpori tiga dimensi. Tidak ada yang baru atau berbeda tentang wafer; itu adalah cakram yang sama yang telah dibuat selama beberapa dekade oleh industri semikonduktor.

“Kami mengambil langkah-langkah pembuatan chip yang telah terbukti dan menerapkannya pada baterai ini,” kata D’Couto. “Kami mengambil sesuatu dari satu industri dan menerapkannya ke industri lain. Kami tidak menciptakan apa pun dalam hal itu. Kami bisa membeli wafernya, jadi kami tidak punya modal besar untuk membangun pabrik.”

Bagian terbaiknya adalah baterai XNRGI dibuat dengan wafer yang lebih tua dan lebih tebal sehingga tidak lagi diminati. Infrastruktur di seluruh dunia sudah tersedia untuk memproduksi wafer ini dengan harga murah dan dalam jumlah besar.

Keuntungan wafer silikon

Keuntungan menggunakan wafer silikon untuk membuat baterai bergantung pada proses semikonduktor lain yang sudah mapan. Desain XNRGI menggunakan wafer berlubang untuk menciptakan permukaan seperti wafel. Setiap cakram silikon berukuran 12 inci dapat menampung hingga 160 juta pori-pori mikroskopis. Kemudian wafer dilapisi dengan permukaan non-konduktif pada salah satu sisinya. Sisi lain wafer dilapisi dengan logam konduktif untuk mengalirkan arus listrik.

“Pelapis logam yang kami gunakan diambil dari industri chip,” kata D’Couto, “dan lapisan insulasi diambil dari industri chip dan digunakan di sini. Kami tidak menemukan apa pun di sisi proses.”

Sifat wafer yang berpori meningkatkan total luas permukaan baterai hingga 70 kali lipat dibandingkan dengan permukaan dua dimensi. Setiap pori secara fisik terpisah dari pori-pori tetangganya, sehingga membantu menghilangkan arus pendek internal dan membantu baterai menahan degradasi seiring waktu dan penggunaan.

“Masing-masing lubang kecil ini sebenarnya merupakan baterai yang sangat kecil,” kata D’Couto. “Ketika salah satu dari mereka gagal, kegagalan tersebut tidak meluas. Arsitektur ini membuat baterai benar-benar aman dengan mencegah pelepasan panas dan ledakan.”

Peningkatan kepadatan dan kapasitas energi

Teknologi wafer XNRGI dirancang untuk digunakan pada sisi anoda baterai. Ketika baterai terisi penuh, anoda seperti seember elektron. Saat baterai habis, elektron mengalir melalui sirkuit ke sisi katoda baterai. Saat baterai diisi ulang, ember anoda akan terisi ulang.

“Saat ini jika Anda berbicara tentang baterai litium-ion, itu terbuat dari litium diselingi dengan grafit,” jelas D’Couto. “Sejak munculnya baterai litium-ion, grafit telah digunakan di sisi anoda untuk menyediakan tempat parkir bagi ion litium untuk mendarat dan lepas landas.”

Salah satu keuntungan besar dari desain wafer silikon berpori adalah anoda XNRGI memiliki luas permukaan 70 kali lebih luas dibandingkan anoda grafit. dan menggunakan logam litium murni, sehingga memberikan anoda Powerchip sekitar 10 kali kepadatan energi anoda baterai litium-ion yang ada.

“Kita mendapatkan lebih banyak kepadatan energi karena peningkatan luas permukaan secara tiga dimensi,” kata D’Couto.

Pertumbuhan dendrit lebih sedikit untuk masa pakai baterai lebih lama

Salah satu alasan baterai isi ulang rusak seiring berjalannya waktu adalah karena anoda mengalami siklus pengosongan dan pengisian daya yang berulang-ulang, sehingga terjadi penumpukan bahan kimia di permukaan anoda. Penumpukan ini disebut “dendrit” dan terlihat seperti stalaktit batu kapur. Dendrit pada akhirnya dapat menembus pemisah fisik antara anoda dan katoda dan menyebabkan arus pendek baterai.

“Saat dendrit menembus pemisah, baterai akan cepat rusak,” jelas D'Couto.

Ion litium juga membawa bahan lain yang menumpuk seperti plak pada pemisah antara sisi anoda dan katoda baterai, yang pada dasarnya menyumbat baterai dan mengurangi kinerja. Anoda XNRGI menolak pembentukan dendrit dan memperpanjang masa pakai baterai karena lapisan non-konduktif pada wafer silikon. Unsur-unsur yang dibawa bersama ion litium tidak menempel pada permukaan tersebut sehingga tidak mudah membentuk dendrit atau menumpuk plak.

D'Couto memperkirakan bahwa baterai XNRGI Powerchip akan menawarkan masa pakai tiga hingga lima kali lebih lama dibandingkan baterai Lithium-ion saat ini.

Mengurangi waktu isi ulang dan jangkauan yang lebih jauh

Peningkatan luas permukaan di dalam Powerchip berarti baterai dapat mengosongkan dan mengisi ulang jauh lebih cepat dibandingkan sel Lithium-ion konvensional. Artinya, lebih banyak daya tersedia saat Anda mengemudi. Lebih penting lagi, ini berarti pengisian ulang lebih cepat.

Menurut D'Couto, anoda Powerchip mampu mengisi ulang 80% dari kosong dalam 15 menit. Pengisian ulang 10% hingga 90% yang lebih umum juga ditargetkan pada 15 menit. Selain pengisian cepat, XNRGI memperkirakan baterai Powerchip akan meningkatkan jangkauan EV hingga 280% dibandingkan baterai Lithium-ion konvensional dengan bobot yang sama. Sebagai referensi, ini berarti kendaraan listrik saat ini dengan jangkauan 250 mil (seperti yang dimiliki banyak orang) akan memiliki jangkauan 700 mil.

Baterai XNRGI juga jauh lebih ringan dibandingkan sel masa kini. Produsen mobil dapat memilih untuk membuat kendaraan listrik yang lebih ringan dan efisien, atau memasukkan lebih banyak baterai ke dalam mobil untuk jangkauan yang lebih jauh dengan bobot yang ada.

Kapan kita akan melihatnya?

Saat ini XNRGI bekerja sama dengan perusahaan yang menggunakan segala jenis baterai mulai dari barang elektronik konsumen kecil hingga pembuat mobil dan bahkan utilitas tingkat jaringan. Perusahaan mengantisipasi peluncuran produk konsumen dan perjanjian lisensi akan diselesaikan dalam dua hingga lima tahun ke depan tergantung pada aplikasi baterai.

“Kami berharap baterai kami dapat digunakan pada produk mobilitas seperti sepeda motor, skuter, drone, robot, dan lainnya pada tahun 2020,” proyeksi D’Couto. “Untuk EV, kemungkinan besar akan terjadi pada tahun 2022 atau 2023 dalam volume terbatas, kemudian adopsi EV dalam volume tinggi pada tahun 2024. Itu adalah norma bagi industri otomotif setelah pengujian ekstensif mereka.”

Munculnya teknologi baterai yang aman, dapat diisi dengan cepat, tahan lama, dan memiliki jangkauan yang jauh kemungkinan akan membawa perubahan besar bagi industri kendaraan listrik. Melihat ke belakang, dengan banyaknya ilmuwan di seluruh dunia yang meneliti teknologi baterai yang lebih baik, mungkin kita tidak akan terkejut ketika seseorang menemukannya.

Tingkatkan gaya hidup AndaTren Digital membantu pembaca mengawasi dunia teknologi yang bergerak cepat dengan semua berita terkini, ulasan produk yang menyenangkan, editorial yang berwawasan luas, dan cuplikan unik.