אחד האתגרים העומדים בפני תעשיית הרכב החשמלי הוא אספקת סוללה. במאי השנה, מנהל האספקה העולמי של טסלה הצהיר כי החברה מתכננת א מחסור של חומרי סוללה מרכזיים. יצרניות הרכב פועלות ל להשתלב אנכית ייצור סוללות לתוך העסק שלהם כדי להבטיח שתהיה להם גישה לסוללות בעת הצורך.
תוכן
- טכנולוגיה ישנה יותר מקבלת מטרה חדשה
- היתרון של פרוסות סיליקון
- צפיפות וקיבולת אנרגיה משופרים
- פחות צמיחת דנדריטים לחיי סוללה ארוכים יותר
- זמן טעינה מופחת וטווח ארוך יותר
- מתי נראה את זה?
במידה רבה, זה קורה מכיוון שסוללות ליתיום-יון הן הסטנדרט לתאים נטענים. הם משמשים בכל דבר, ממצלמות וטלפונים ועד EV. בנוסף להיותן יקרות ותלויות במשאבים נדירים, סוללות Li-ion טומנות בחובן סכנה של התחממות יתר והתלקחות או אפילו הִתְפּוֹצְצוּת. זו הסיבה חברות תעופה לא רוצים את הסוללות האלה בתא המטען שלהם. נוסף על כך, בניית מפעלים חדשים לייצור סוללות ליתיום-יון היא יקרה וגוזלת זמן. טסלה השקיעה 5 מיליארד דולר בנבאדה שלה Gigafactory לייצר סוללות לדגם 3 בבית. הקיבולת של טסלה היא ב כ-24 GWh היום, ועד 35 GWh כאשר יושלם בשנה הבאה.
סרטונים מומלצים
מה שדרוש הוא ארכיטקטורת סוללה חדשה שקל יותר ליצור. באופן אידיאלי, לעיצוב הסוללה החדש יהיה צפיפות אנרגיה גבוהה יותר וזמן טעינה מהיר יותר כדי להפוך אותו לאידיאלי לשימוש ברכב.
אתה כבר יודע מה מגיע אחר כך: חברה שנקראת XNRGI הממוקם ליד פורטלנד, אורגון אומר שיש להם את התשובה. זה לא נדיר כשלעצמו. אנשים רבים טענו שיש להם סוללת פלא, אבל נראה שהם תמיד אומרים שהם עדיין לא יכולים לספר לך עליה.
ההבדל עם XNRGI הוא שיש להם פורטפוליו של פטנטים שפורסמו הקשורים ישירות לטכנולוגיית סוללת Powerchip שלהם, והם הגישו בקשה לעוד כמה. החברה גם קיבלה מימון ממשרד האנרגיה האמריקני עבור המחקר שלהם. עם הגנת פטנט ומימון במקום, XNRGI להוט לספר לעולם מה יש להם.
"אנחנו מאמינים שעכשיו אנחנו יכולים לטפל בכל הבעיות עם סוללות ליתיום-יון בו זמנית", אמר מנכ"ל XNRGI, כריס ד'קוטו.
טכנולוגיה ישנה יותר מקבלת מטרה חדשה
ההבדל העיקרי בין סוללת ליתיום-יון קונבנציונלית לסוללת XNRGI Powerchip הוא הרכבה. במקום שבו סוללות ליתיום-יון קונבנציונליות משתמשות בתרחיץ גרפיט על מוליך דו מימדי כחומר בניין, סוללת XNRGI משתמשת במתכת ליתיום בפריסת סיליקון נקבובי תלת מימדית. אין שום דבר חדש או שונה על הפרוסים; הם אותם דיסקים שנוצרו במשך עשרות שנים על ידי תעשיית המוליכים למחצה.
"אנחנו נוקטים בצעדי ייצור שבבים מוכחים ומיישמים אותם על הסוללה הזו", אמר ד'קוטו. "אנחנו לוקחים משהו מענף אחד ומיישמים אותו לענף אחר. אנחנו לא ממציאים שום דבר בחזית הזו. אנחנו יכולים לקנות את הוופלים, כך שאין לנו את השקעת ההון הגדולה במפעל".
החלק הטוב ביותר הוא שסוללות XNRGI מיוצרות עם ופלים ישנים ועבים יותר שכבר לא מבוקשים. כבר קיימת תשתית עולמית לייצור פרוסות אלו בזול ובכמות גדולה.
היתרון של פרוסות סיליקון
היתרון של שימוש בפרוסות סיליקון לבניית סוללה תלוי בתהליך אחר של מוליכים למחצה מבוססים היטב. עיצוב XNRGI משתמש בפרוסות מחוררות כדי ליצור משטח דמוי וופל. כל דיסק סיליקון בגודל 12 אינץ' יכול לשאת עד 160 מיליון נקבוביות מיקרוסקופיות. ואז הפרוסים מצופים במשטח לא מוליך בצד אחד. הצד השני של הפרוסה מצופה במתכת מוליכה כדי לשאת את הזרם החשמלי.
"ציפוי המתכת שאנו משתמשים בו לקוחים מתעשיית השבבים", אמר ד'קוטו, "והציפויים המבודדים נלקחים מתעשיית השבבים ומשמשים כאן. אנחנו לא ממציאים שום דבר בצד התהליך".
XNRGI - סוללת PowerChip
האופי הנקבובי של הפרוסה מגדיל את שטח הפנים הכולל של הסוללה עד פי 70 בהשוואה למשטח דו מימדי. כל נקבובית מופרדת פיזית מהשכנות שלה, מה שמסייע בביטול קצרים פנימיים ועוזר לסוללה להתנגד להתדרדרות לאורך זמן ושימוש.
"כל אחד מהחורים הקטנים האלה הוא למעשה סוללה זעירה מאוד", ציין ד'קוטו. "כאשר אחד מאלה נכשל בנפרד, הכישלון אינו מתפשט. ארכיטקטורה זו הופכת את הסוללה לבטוחה לחלוטין על ידי מניעת בריחה תרמית ופיצוצים."
צפיפות וקיבולת אנרגיה משופרים
טכנולוגיית ה-Wafler של XNRGI נועדה ללכת על צד האנודה של הסוללה. כאשר סוללה טעונה במלואה, האנודה היא כמו דלי אלקטרונים. כשהסוללה מתרוקנת, האלקטרונים זורמים דרך המעגל לצד הקתודה של הסוללה. כאשר הסוללה נטענת מחדש, דלי האנודה מתמלא מחדש.
"כיום כשמדברים על סוללת ליתיום-יון, היא עשויה מליתיום משולבים עם גרפיט", הסביר ד'קוטו. "מאז הקמת סוללות הליתיום-יון, נעשה שימוש בגרפיט בצד האנודה כדי לספק מקום חניה ליוני הליתיום לנחות ולהמריא."
יתרון עצום אחד של עיצוב פרוסות הסיליקון הנקבוביות הוא שלאנודת XNRGI יש פי 70 שטח פנים גדול יותר מאנודת גרפיט ומשתמש במתכת ליתיום טהורה, מה שמעניק לאנודה של ה-Powerchip בערך פי 10 מצפיפות האנרגיה של אנודות סוללות ליתיום-יון קיימות.
"אנחנו מקבלים יותר צפיפות אנרגיה בגלל הגידול התלת מימדי בשטח הפנים", קבע ד'קוטו.
פחות צמיחת דנדריטים לחיי סוללה ארוכים יותר
אחת הסיבות לכך שסוללות נטענות מתכלות עם הזמן היא שכאשר האנודה עוברת מחזורי פריקה וטעינה חוזרים ונשנים, היא מקבלת הצטברות כימית על פני האנודה. הצטברות זו נקראת "דנדריט" והיא נראית כמו נטיפים אבן גיר. דנדריטים יכולים בסופו של דבר לנקב את המפריד הפיזי בין האנודה לקתודה ולקצר את הסוללה.
"כאשר הדנדריט חובט דרך המפריד, אתה מקבל כשל מהיר בסוללה", הסביר ד'קוטו.
יוני ליתיום נושאים גם חומרים אחרים שמצטברים כמו רובד על המפריד בין צד האנודה והקתודה של הסוללה, ובעצם חוסמים את הסוללה ומפחיתים את הביצועים. האנודה XNRGI מתנגדת להיווצרות דנדריטים ומאריכה את חיי הסוללה בגלל הציפוי הלא מוליך על פרוסת הסיליקון. האלמנטים הנישאים יחד עם יוני הליתיום אינם נדבקים למשטח הזה ולכן אינם יכולים ליצור בקלות דנדריטים או לבנות פלאק.
D'Cuto מעריך שבלילת XNRGI Powerchip תציע חיי שירות ארוכים פי שלושה עד חמישה ממה שסוללת ליתיום-יון יכולה להשיג כיום.
זמן טעינה מופחת וטווח ארוך יותר
שטח הפנים המוגדל בתוך Powerchip אומר שהסוללה יכולה לפרוק ולהטעין הרבה יותר מהר מאשר תאי ליתיום-יון רגילים. זה אומר שיש יותר כוח זמין כשאתה נוהג. חשוב מכך, המשמעות היא טעינה מהירה יותר.
לפי D'Couto, אנודת Powerchip מסוגלת להשיג טעינה של 80% מריק תוך 15 דקות. הטעינה הנפוצה יותר של 10% עד 90% מכוונת גם היא ל-15 דקות. בנוסף לטעינה מהירה, XNRGI מעריך שסוללות Powerchip יגדילו את טווח ה-EV עד 280% בהשוואה למארז סוללות ליתיום-יון קונבנציונליות באותו משקל. לשם התייחסות, זה אומר שלמכונית EV נוכחית עם טווח של 250 מייל (כפי שיש לרבים) יהיה טווח של 700 מייל.
סוללת XNRGI גם קלה בהרבה מהתאים של היום. יצרניות הרכב יכלו לבחור לייצר רכבי חשמליים קלים ויעילים יותר, או להכניס יותר סוללות למכונית לטווח ארוך עוד יותר במשקל הקיים.
מתי נראה את זה?
כרגע XNRGI עובדת עם חברות שמשתמשות בכל סוג של סוללה, החל ממוצרי אלקטרוניקה קטנים ועד ליצרניות רכב ואפילו כלי עזר ברמת הרשת. החברה צופה שההשקה והסכמי הרישוי של מוצרי צריכה יסתיימו במהלך השנתיים עד חמש השנים הקרובות, בהתאם ליישום הסוללה.
"אנו מצפים שהסוללות שלנו ישמשו במוצרי ניידות כמו אופנועים, קטנועים, מזל"טים, רובוטים ועוד בשנת 2020", העריך ד'קוטו. "ברכבי EV, סביר להניח שזה יהיה 2022 או 2023 בנפח מוגבל כלשהו, ואז אימוץ EV בנפח גבוה ב-2024. זה בערך הנורמה בתעשיית הרכב לאחר הבדיקות הנרחבות שלהם".
כניסתה של טכנולוגיית סוללה בטוחה, מהירה, עמידה לאורך זמן וארוכת טווח צפויה להיות מחליף משחק עבור תעשיית EV. בדיעבד, כשמדענים בכל העולם חוקרים טכנולוגיית סוללה טובה יותר, אולי לא נתפלא שמישהו מצא אותה.
שדרג את אורח החיים שלךמגמות דיגיטליות עוזרות לקוראים לעקוב אחר עולם הטכנולוגיה המהיר עם כל החדשות האחרונות, ביקורות מהנות על מוצרים, מאמרי מערכת מעוררי תובנות והצצות מיוחדות במינן.
