XNRGI vyvíja technológiu batérií pre elektromobily, ktorá predlžuje dojazd na 700 míľ

Jednou z výziev, ktorým čelí priemysel elektrických vozidiel, je napájanie batérie. V máji tohto roku manažér globálneho zásobovania Tesly uviedol, že spoločnosť plánuje a nedostatok kľúčových materiálov batérií. Automobilky na tom pracujú vertikálne integrovať výrobu batérií do svojho podnikania, aby zabezpečili, že budú mať prístup k batériám v prípade potreby.

Z veľkej časti sa to deje preto, že lítium-iónové batérie sú štandardom pre dobíjacie články. Používajú sa vo všetkom od fotoaparátov a telefónov až po EV. Okrem toho, že sú lítium-iónové batérie drahé a závislé od vzácnych zdrojov, prinášajú so sebou nebezpečenstvo prehriatia a vznietenia alebo dokonca explodujúce. Preto letecké spoločnosti nechcú tieto batérie v nákladných priestoroch. Okrem toho je výstavba nových tovární na výrobu lítium-iónových batérií nákladná a časovo náročná. Tesla investovala vo svojej Nevade 5 miliárd dolárov

Potrebná je nová architektúra batérie, ktorá sa dá ľahšie vyrobiť. V ideálnom prípade by nový dizajn batérie mal vyššiu hustotu energie a rýchlejší čas nabíjania, aby bola ideálna pre použitie vo vozidle.

Už viete, čo bude nasledovať: spoločnosť tzv XNRGI so sídlom v blízkosti Portlandu, Oregon hovorí, že majú odpoveď. To samo o sebe nie je nezvyčajné. Mnoho ľudí tvrdilo, že má zázračnú batériu, ale vždy sa zdá, že hovoria, že vám o nej ešte nemôžu povedať.

Rozdiel oproti XNRGI je v tom, že majú portfólio publikovaných patentov viazaných priamo na ich technológiu batérií Powerchip a požiadali o niekoľko ďalších. Spoločnosť tiež získala finančné prostriedky od Ministerstva energetiky USA na svoj výskum. Vďaka patentovej ochrane a financovaniu chce XNRGI povedať svetu, čo má.

„Veríme, že teraz môžeme súčasne riešiť všetky problémy s lítium-iónovými batériami,“ povedal generálny riaditeľ XNRGI Chris D’Couto.

Staršia technika dostane nový účel

Kľúčovým rozdielom medzi bežnou lítium-iónovou batériou a batériou XNRGI Powerchip je jej zloženie. Tam, kde bežné lítium-iónové batérie používajú ako stavebný materiál grafitovú kašu na dvojrozmernom vodiči, batéria XNRGI využíva lítium v ​​trojrozmernej poréznej kremíkovej doštičke. Na oblátkach nie je nič nové alebo odlišné; sú to tie isté disky, ktoré už desaťročia vyrába polovodičový priemysel.

„Podnikáme osvedčené kroky výroby čipov a aplikujeme ich na túto batériu,“ povedal D’Couto. „Preberáme niečo z jedného odvetvia a aplikujeme to na iné odvetvie. V tomto smere nič nevymýšľame. Môžeme si kúpiť doštičky, takže nemáme veľké kapitálové investície do továrne.“

Najlepšie na tom je, že batérie XNRGI sa vyrábajú zo starších, hrubších doštičiek, ktoré už nie sú žiadané. Na výrobu týchto plátkov lacno a vo veľkom množstve už existuje celosvetová infraštruktúra.

Výhoda kremíkových doštičiek

Výhoda použitia kremíkových doštičiek na zostavenie batérie závisí od iného dobre zavedeného polovodičového procesu. Dizajn XNRGI využíva perforované doštičky na vytvorenie povrchu podobného vafle. Každý 12-palcový silikónový disk môže obsahovať až 160 miliónov mikroskopických pórov. Potom sa doštičky na jednej strane potiahnu nevodivým povrchom. Druhá strana plátku je potiahnutá vodivým kovom, ktorý prenáša elektrický prúd.

„Kovové povlaky, ktoré používame, pochádzajú z odvetvia výroby čipov,“ povedal D'Couto, „a izolačné nátery pochádzajú z odvetvia výroby čipov a používajú sa tu. Na strane procesu nič nevymýšľame.“

Pórovitý charakter doštičky zväčšuje celkový povrch batérie až 70-krát v porovnaní s dvojrozmerným povrchom. Každý pór je fyzicky oddelený od svojich susedov, čo pomáha eliminovať vnútorné skraty a pomáha batérii odolávať degradácii v priebehu času a používania.

"Každý z týchto malých otvorov je v skutočnosti veľmi malá batéria," poznamenal D'Couto. „Keď ktorýkoľvek z nich jednotlivo zlyhá, zlyhanie sa nešíri. Táto architektúra robí batériu úplne bezpečnou tým, že zabraňuje úniku tepla a výbuchom.

Zlepšená hustota energie a kapacita

Technológia waferov XNRGI je navrhnutá tak, aby išla na anódovú stranu batérie. Keď je batéria úplne nabitá, anóda je ako vedro elektrónov. Keď sa batéria vybíja, elektróny prúdia cez obvod na katódovú stranu batérie. Keď je batéria nabitá, anódová nádoba sa znovu naplní.

„Keď dnes hovoríte o lítium-iónovej batérii, je vyrobená z lítia interkalované s grafitom,“ vysvetlil D’Couto. „Od vzniku lítium-iónových batérií sa na anódovej strane používa grafit, ktorý poskytuje lítiové ióny parkovacie miesto na pristátie a vzlietnutie.

Jednou obrovskou výhodou dizajnu poréznej kremíkovej doštičky je, že anóda XNRGI má 70-krát väčší povrch ako grafitová anóda a používa čistý lítium, vďaka čomu má anóda Powerchip asi 10-násobok hustoty energie existujúcich anód lítium-iónových batérií.

"Získavame väčšiu hustotu energie vďaka trojrozmernému zvýšeniu povrchovej plochy," uviedol D'Couto.

Menší rast dendritov pre dlhšiu životnosť batérie

Jedným z dôvodov, prečo sa nabíjateľné batérie časom znehodnocujú, je to, že keď anóda prechádza opakovanými cyklami vybíjania a nabíjania, na povrchu anódy sa nahromadia chemikálie. Toto nahromadenie sa nazýva „dendrit“ a vyzerá ako vápencový stalaktit. Dendrity môžu nakoniec preraziť fyzický separátor medzi anódou a katódou a skratovať batériu.

"Keď dendrit prerazí cez separátor, dôjde k rýchlemu zlyhaniu batérie," vysvetlil D'Couto.

Lítiové ióny nesú aj iné materiály, ktoré sa vytvárajú ako plak na separátore medzi anódou a katódou batérie, čo v podstate upcháva batériu a znižuje výkon. Anóda XNRGI odoláva tvorbe dendritov a predlžuje životnosť batérie vďaka nevodivému povlaku na kremíkovej doštičke. Prvky prenášané spolu s iónmi lítia sa nelepia na tento povrch, a tak nemôžu ľahko vytvárať dendrity alebo vytvárať plaky.

D’Couto odhaduje, že batéria XNRGI Powerchip ponúkne tri až päťkrát dlhšiu životnosť, než akú môže dnes dosiahnuť lítium-iónová batéria.

Skrátený čas nabíjania a dlhší dojazd

Zväčšený povrch vo vnútri Powerchip znamená, že batéria sa môže vybíjať a nabíjať oveľa rýchlejšie ako bežné lítium-iónové články. To znamená, že pri jazde je k dispozícii viac energie. Čo je dôležitejšie, znamená to rýchlejšie nabíjanie.

Podľa D'Couto je anóda Powerchip schopná dosiahnuť 80% nabitie z vybitia za 15 minút. Bežnejšie 10% až 90% dobitie je tiež zamerané na 15 minút. Okrem rýchleho nabíjania XNRGI odhaduje, že batérie Powerchip zvýšia dojazd až o 280 % v porovnaní s konvenčnou lítium-iónovou batériou s rovnakou hmotnosťou. Pre porovnanie, to znamená, že súčasný elektromobil s dojazdom 250 míľ (ako mnohí majú) by mal dojazd 700 míľ.

Batéria XNRGI je tiež oveľa ľahšia ako dnešné články. Automobilky by sa mohli rozhodnúť vyrábať ľahšie a efektívnejšie elektromobily alebo dať do auta viac batérií na ešte dlhší dojazd pri súčasnej hmotnosti.

Kedy sa dočkáme?

XNRGI práve teraz spolupracuje so spoločnosťami, ktoré používajú všetky druhy batérií od malej spotrebnej elektroniky po výrobcov automobilov a dokonca aj siete na úrovni siete. Spoločnosť predpokladá, že uvedenie spotrebiteľských produktov a licenčné zmluvy budú dokončené v priebehu nasledujúcich dvoch až piatich rokov v závislosti od použitia batérií.

„Očakávame, že v roku 2020 sa naše batérie budú používať v produktoch mobility, ako sú motorky, skútre, drony, roboty a ďalšie,“ uviedol D’Couto. „V prípade elektromobilov to bude pravdepodobne rok 2022 alebo 2023 v určitom obmedzenom objeme, potom bude v roku 2024 prijatie veľkého množstva elektromobilov. To je po rozsiahlom testovaní pre automobilový priemysel normou.“

Príchod bezpečnej, rýchlonabíjacej, dlhotrvajúcej a batériovej technológie s dlhým dosahom pravdepodobne zmení hru v odvetví elektrických vozidiel. Pri spätnom pohľade na to, že vedci z celého sveta skúmajú lepšiu technológiu batérií, možno by sme nemali byť prekvapení, že to niekto našiel.

Zlepšite svoj životný štýlDigitálne trendy pomáhajú čitateľom mať prehľad o rýchlo sa rozvíjajúcom svete technológií so všetkými najnovšími správami, zábavnými recenziami produktov, užitočnými úvodníkmi a jedinečnými ukážkami.