КСНРГИ развија технологију ЕВ батерија која проширује домет до 700 миља

Један од изазова са којима се суочава индустрија електричних возила је напајање батеријама. У мају ове године, Теслин глобални менаџер снабдевања изјавио је да компанија планира а несташица кључних материјала за батерије. Произвођачи аутомобила раде на томе вертикално интегрисати производњу батерија у њихов посао како би осигурали да ће имати приступ батеријама када је то потребно.

У великој мери, то се дешава зато што су литијум-јонске батерије стандард за пуњиве ћелије. Користе се у свему, од камера и телефона до електричних возила. Поред тога што су скупе и зависе од оскудних ресурса, литијум-јонске батерије носе опасност од прегревања и запаљења или чак експлодирајући. Зато авио-компаније не желе ове батерије у својим товарним складиштима. Поврх тога, изградња нових фабрика за производњу литијум-јонских батерија је скупа и дуготрајна. Тесла је уложио 5 милијарди долара у своју Неваду

Оно што је потребно је нова архитектура батерије коју је лакше направити. У идеалном случају, нови дизајн батерије би имао већу густину енергије и брже време пуњења како би био идеалан за употребу у возилу.

Већ знате шта следи: компанија се зове КСНРГИ са седиштем у близини Портланда, Орегон каже да имају одговор. То само по себи није неуобичајено. Многи људи су тврдили да имају чудесну батерију, али изгледа да увек кажу да вам још не могу рећи о томе.

Разлика са КСНРГИ је у томе што имају портфолио објављених патената везаних директно за њихову Поверцхип батеријску технологију, а пријавили су се за још неколико. Компанија је такође добила средства од америчког Министарства енергетике за своје истраживање. Уз заштиту патената и финансирање, КСНРГИ је нестрпљив да каже свету шта има.

„Верујемо да сада можемо истовремено да решимо све проблеме са литијум-јонским батеријама“, рекао је извршни директор КСНРГИ Цхрис Д’Цоуто.

Старија технологија добија нову сврху

Кључна разлика између конвенционалне литијум-јонске батерије и КСНРГИ Поверцхип батерије је њен састав. Тамо где конвенционалне литијум-јонске батерије користе графитну суспензију на дводимензионалном проводнику као грађевински материјал, КСНРГИ батерија користи литијум метал у тродимензионалној порозној силицијумској плочици. Нема ништа ново или другачије у вези са наполитанкама; они су исти дискови које је деценијама производила индустрија полупроводника.

„Преузимамо проверене кораке у производњи чипова и примењујемо их на ову батерију“, рекао је Д’Цоуто. „Узимамо нешто из једне индустрије и примењујемо на другу индустрију. Не измишљамо ништа на том плану. Можемо да купимо облатне, тако да немамо велику капиталну инвестицију у фабрику."

Најбољи део је то што се КСНРГИ батерије праве од старијих, дебљих плочица које више нису тражене. Већ постоји светска инфраструктура за јефтину производњу ових плочица и у великим количинама.

Предност силицијумских плочица

Предност употребе силицијумских плочица за прављење батерије зависи од другог добро успостављеног полупроводничког процеса. Дизајн КСНРГИ користи перфориране плочице за стварање површине налик вафли. Сваки силиконски диск од 12 инча може да носи до 160 милиона микроскопских пора. Затим се плочице на једној страни премазују непроводљивом површином. Друга страна плочице је обложена проводљивим металом за ношење електричне струје.

„Метални премази које користимо преузети су из индустрије чипова“, рекао је Д’Цоуто, „а изолациони премази су преузети из индустрије чипова и овде се користе. Ми не измишљамо ништа на страни процеса."

Порозна природа плочице повећава укупну површину батерије до 70 пута у поређењу са дводимензионалном површином. Свака пора је физички одвојена од својих суседа, што помаже у отклањању унутрашњих кратких спојева и помаже батерији да се одупре деградацији током времена и употребе.

„Свака од ових малих рупа је заправо веома сићушна батерија“, приметио је Д’Коуто. „Када било који од њих појединачно не успе, неуспех се не шири. Ова архитектура чини батерију потпуно безбедном спречавајући топлотни бег и експлозије.

Побољшана густина енергије и капацитет

Технологија вафер-а КСНРГИ је дизајнирана да иде на анодну страну батерије. Када је батерија потпуно напуњена, анода је попут канте електрона. Како се батерија празни, електрони пролазе кроз коло до катодне стране батерије. Када се батерија напуни, анодна канта се пуни.

„Данас када говорите о литијум-јонској батерији, она је направљена од литијума интеркалирани са графитом", објаснио је Д'Цоуто. „Од настанка литијум-јонских батерија, графит се користио на страни аноде да обезбеди паркинг место за слетање и полетање литијум јона.

Једна огромна предност дизајна порозних силиконских плочица је да КСНРГИ анода има 70 пута већу површину од графитне аноде и користи чисти литијум метал, дајући Поверцхип-овој аноди око 10 пута већу густину енергије од постојећих анода литијум-јонских батерија.

„Добијамо већу густину енергије због тродимензионалног повећања површине“, рекао је Д’Цоуто.

Мањи раст дендрита за дужи век батерије

Један од разлога зашто се пуњиве батерије временом деградирају је тај што док анода пролази кроз поновљене циклусе пражњења и пуњења, на површини аноде долази до накупљања хемикалија. Ова накупина се назива "дендрит" и изгледа као сталактити од кречњака. Дендрити могу на крају да пробију физички сепаратор између аноде и катоде и да искључе батерију.

„Када дендрит пробије сепаратор, долази до брзог квара батерије“, објаснио је Д’Цоуто.

Литијум јони такође носе друге материјале који се накупљају попут плака на сепаратору између анодне и катодне стране батерије, у суштини зачепљујући батерију и смањујући перформансе. КСНРГИ анода се одупире формирању дендрита и продужава век батерије због непроводног премаза на силиконској плочици. Елементи који се носе заједно са литијум-јонима се не лепе за ту површину и тако не могу лако да формирају дендрите или да граде плак.

Д’Цоуто процењује да ће КСНРГИ Поверцхип тесто понудити три до пет пута дужи радни век него што литијум-јонска батерија може да постигне данас.

Смањено време пуњења и дужи домет

Повећана површина унутар Поверцхип-а значи да се батерија може празнити и пунити много брже од конвенционалних литијум-јонских ћелија. То значи да је више снаге доступно када возите. Што је још важније, то значи брже пуњење.

Према Д’Цоуту, Поверцхип анода је способна да постигне 80% поновног пуњења за 15 минута. Чешће пуњење од 10% до 90% такође је циљано на 15 минута. Поред брзог пуњења, КСНРГИ процењује да ће Поверцхип батерије повећати домет ЕВ до 280% у поређењу са конвенционалним литијум-јонским батеријама исте тежине. За референцу, то значи да би тренутни ЕВ са дометом од 250 миља (колико имају) имао домет од 700 миља.

КСНРГИ батерија је такође много лакша од данашњих ћелија. Произвођачи аутомобила би могли да изаберу да направе лакша и ефикаснија електрична возила, или да ставе више батерија у аутомобил за још већи домет при постојећој тежини.

Када ћемо то видети?

КСНРГИ тренутно ради са компанијама које користе све врсте батерија, од мале потрошачке електронике до произвођача аутомобила, па чак и комуналних услуга на нивоу мреже. Компанија очекује да ће увођење потрошачких производа и уговори о лиценцирању бити финализовани у наредних две до пет година у зависности од примене батерије.

„Очекујемо да ће се наше батерије користити у производима за мобилност као што су мотоцикли, скутери, беспилотне летелице, роботи и још много тога у 2020. години“, рекао је Д’Цоуто. „Када се ради о електричним возилима, вероватно ће то бити 2022. или 2023. у ограниченом обиму, а затим ће се 2024. усвојити велики број електричних возила. То је отприлике норма за аутомобилску индустрију након њиховог опсежног тестирања.”

Појава безбедне, брзо пуњене, дуготрајне и дуготрајне технологије батерија ће вероватно променити игру за индустрију електричних возила. Гледајући уназад, са научницима широм света који истражују бољу технологију батерија, можда не бисмо требали бити изненађени што ју је неко пронашао.

Надоградите свој животни стилДигитални трендови помажу читаоцима да прате убрзани свет технологије са свим најновијим вестима, забавним рецензијама производа, проницљивим уводницима и јединственим кратким прегледима.