XNRGI razvija baterijsko tehnologijo za električna vozila, ki poveča doseg na 700 milj

Eden od izzivov, s katerimi se sooča industrija električnih vozil, je baterijsko napajanje. Maja letos je Teslin globalni vodja dobave izjavil, da podjetje načrtuje a pomanjkanje ključnih baterijskih materialov. Proizvajalci avtomobilov si prizadevajo vertikalno integrirati proizvodnjo baterij v svoje podjetje, da zagotovijo dostop do baterij, ko jih potrebujejo.

V veliki meri se to dogaja zato, ker so litij-ionske baterije standard za polnilne celice. Uporabljajo se v vsem, od fotoaparatov in telefonov do električnih vozil. Poleg tega, da so drage in odvisne od redkih virov, Li-ionske baterije predstavljajo nevarnost pregrevanja in požara ali celo eksplozivno. Zato letalske družbe ne želijo teh baterij v svojih tovornih prostorih. Poleg tega je gradnja novih tovarn za proizvodnjo litij-ionskih baterij draga in dolgotrajna. Tesla je v svojo Nevado vložila 5 milijard dolarjev

Potrebna je nova arhitektura baterije, ki jo je lažje narediti. V idealnem primeru bi nova zasnova baterije imela večjo energijsko gostoto in hitrejši čas polnjenja, da bi bila idealna za uporabo v vozilu.

Že veste, kaj sledi: podjetje je poklicalo XNRGI s sedežem blizu Portlanda v Oregonu pravijo, da imajo odgovor. To samo po sebi ni nenavadno. Mnogi ljudje so trdili, da imajo čudežno baterijo, vendar se vedno zdi, da pravijo, da vam o njej še ne morejo povedati.

Razlika z XNRGI je v tem, da imajo portfelj objavljenih patentov, ki so neposredno povezani z njihovo baterijsko tehnologijo Powerchip, in prijavili so se za več dodatnih. Podjetje je za svoje raziskave prejelo tudi sredstva Ministrstva za energijo ZDA. S patentno zaščito in financiranjem si XNRGI želi povedati svetu, kaj ima.

"Verjamemo, da lahko zdaj hkrati obravnavamo vse težave z litij-ionskimi baterijami," je dejal izvršni direktor XNRGI Chris D'Couto.

Starejša tehnika dobi nov namen

Ključna razlika med običajno litij-ionsko baterijo in baterijo XNRGI Powerchip je njena sestava. Če običajne litij-ionske baterije kot gradbeni material uporabljajo grafitno kašo na dvodimenzionalnem prevodniku, baterija XNRGI uporablja kovinski litij v tridimenzionalni porozni silikonski rezini. Pri napolitankah ni nič novega ali drugačnega; to so isti diski, ki jih že desetletja izdeluje industrija polprevodnikov.

"Izvajamo preizkušene korake za proizvodnjo čipov in jih uporabljamo za to baterijo," je dejal D'Couto. »Vzamemo nekaj iz ene panoge in to uporabimo v drugi panogi. Na tem področju ne izumljamo ničesar. Lahko kupimo rezine, tako da nimamo velikih kapitalskih naložb v tovarno.«

Najboljši del je, da so baterije XNRGI izdelane iz starejših, debelejših rezin, po katerih ni več povpraševanja. Po vsem svetu že obstaja infrastruktura za poceni proizvodnjo teh rezin v velikih količinah.

Prednost silicijevih rezin

Prednost uporabe silicijevih rezin za izdelavo baterije je odvisna od drugega dobro uveljavljenega polprevodniškega postopka. Dizajn XNRGI uporablja perforirane rezine za ustvarjanje površine, podobne vaflju. Vsak 12-palčni silikonski disk lahko nosi do 160 milijonov mikroskopskih por. Nato se rezine na eni strani obložijo z neprevodno površino. Druga stran rezine je prevlečena s prevodno kovino, ki prenaša električni tok.

»Kovinski premazi, ki jih uporabljamo, so vzeti iz industrije čipov,« je dejal D'Couto, »in izolacijski premazi so vzeti iz industrije čipov in se uporabljajo tukaj. Na strani procesa ne izumljamo ničesar.”

Porozna narava rezine poveča skupno površino baterije do 70-krat v primerjavi z dvodimenzionalno površino. Vsaka pora je fizično ločena od sosednjih, kar pomaga pri odpravljanju notranjih kratkih stikov in pomaga bateriji vzdržati degradacijo s časom in uporabo.

"Vsaka od teh majhnih luknjic je pravzaprav zelo majhna baterija," je opazil D'Couto. »Ko kateri koli od teh posamično odpove, se odpoved ne razširi. Zaradi te arhitekture je baterija popolnoma varna, saj preprečuje toplotni beg in eksplozije.«

Izboljšana energetska gostota in zmogljivost

Tehnologija rezin XNRGI je zasnovana za uporabo na anodni strani baterije. Ko je baterija popolnoma napolnjena, je anoda kot vedro elektronov. Ko se baterija prazni, elektroni tečejo skozi tokokrog na katodno stran baterije. Ko se baterija ponovno napolni, se anodno vedro ponovno napolni.

»Ko danes govorite o litij-ionski bateriji, je narejena iz litija interkalirano z grafitom,« je pojasnil D’Couto. "Od začetka litij-ionskih baterij se grafit uporablja na strani anode, da se zagotovi parkirno mesto za pristajanje in vzletanje litijevih ionov."

Ena velika prednost zasnove rezin iz poroznega silicija je, da ima anoda XNRGI 70-krat večjo površino kot grafitna anoda in uporablja čisti kovinski litij, kar daje anodi Powerchipa približno 10-kratno energijsko gostoto obstoječih anod litij-ionske baterije.

"Zaradi tridimenzionalnega povečanja površine dobimo več gostote energije," je dejal D'Couto.

Manjša rast dendritov za daljšo življenjsko dobo baterije

Eden od razlogov, zakaj se baterije za ponovno polnjenje sčasoma poslabšajo, je ta, da ko gre anoda skozi ponavljajoče se cikle praznjenja in polnjenja, se na površini anode naberejo kemikalije. To kopičenje se imenuje "dendrit" in je videti kot apnenčast kapnik. Dendriti lahko sčasoma predrejo fizični separator med anodo in katodo in povzročijo kratek stik v bateriji.

"Ko dendrit udari skozi separator, pride do hitre okvare baterije," je pojasnil D'Couto.

Litijevi ioni prenašajo tudi druge materiale, ki se kot obloge nabirajo na ločilniku med anodo in katodo baterije, kar v bistvu zamaši baterijo in zmanjša učinkovitost. Anoda XNRGI preprečuje nastanek dendritov in podaljšuje življenjsko dobo baterije zaradi neprevodne prevleke na silicijevi rezini. Elementi, ki jih prenašajo litijevi ioni, se ne držijo te površine in zato ne morejo zlahka tvoriti dendritov ali nabirati zobnih oblog.

D'Couto ocenjuje, da bo baterija XNRGI Powerchip nudila tri- do petkrat daljšo življenjsko dobo, kot jo lahko doseže današnja litij-ionska baterija.

Skrajšan čas polnjenja in daljši doseg

Povečana površina znotraj Powerchipa pomeni, da se lahko baterija izprazni in ponovno napolni veliko hitreje kot običajne litij-ionske celice. To pomeni, da je med vožnjo na voljo več moči. Še pomembneje pa pomeni hitrejše polnjenje.

Po besedah ​​D'Couta je anoda Powerchip sposobna doseči 80-odstotno polnjenje iz praznega v 15 minutah. Običajnejše 10- do 90-odstotno polnjenje je prav tako ciljno na 15 minut. Poleg hitrega polnjenja XNRGI ocenjuje, da bodo baterije Powerchip povečale doseg EV do 280 % v primerjavi z običajnim litij-ionskim baterijskim paketom enake teže. Za referenco to pomeni, da bi trenutno električno vozilo z dosegom 250 milj (kot ga ima veliko) imelo doseg 700 milj.

Baterija XNRGI je tudi veliko lažja od današnjih celic. Proizvajalci avtomobilov bi se lahko odločili za izdelavo lažjih in učinkovitejših električnih vozil ali pa bi v avtomobil vgradili več baterij za še daljši doseg pri obstoječi teži.

Kdaj ga bomo videli?

Trenutno XNRGI sodeluje s podjetji, ki uporabljajo vse vrste baterij, od majhne zabavne elektronike do proizvajalcev avtomobilov in celo javnih služb na ravni omrežja. Podjetje predvideva, da bodo uvedba potrošniških izdelkov in licenčni sporazumi dokončani v naslednjih dveh do petih letih, odvisno od uporabe baterije.

"Pričakujemo, da se bodo naše baterije leta 2020 uporabljale v izdelkih za mobilnost, kot so motorna kolesa, skuterji, brezpilotna letala, roboti in drugo," je napovedal D'Couto. »Pri električnih vozilih bo to verjetno leta 2022 ali 2023 v omejenem obsegu, nato pa leta 2024 veliko število električnih vozil. To je približno norma za avtomobilsko industrijo po njihovem obsežnem testiranju.«

Pojav varne, hitre polnilne, dolgotrajne in dolge tehnologije baterij bo verjetno spremenil igro v industriji električnih vozil. Če pogledamo nazaj, ko znanstveniki po vsem svetu raziskujejo boljšo tehnologijo baterij, morda ne bi smeli biti presenečeni, da jo je nekdo našel.

Nadgradite svoj življenjski slogDigitalni trendi bralcem pomagajo slediti hitremu svetu tehnologije z vsemi najnovejšimi novicami, zabavnimi ocenami izdelkov, pronicljivimi uvodniki in enkratnimi vpogledi v vsebine.