XNRGI พัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่ EV ที่ขยายระยะทางได้ถึง 700 ไมล์

หนึ่งในความท้าทายที่อุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้ากำลังเผชิญอยู่ก็คือ แหล่งจ่ายแบตเตอรี่. ในเดือนพฤษภาคมของปีนี้ ผู้จัดการฝ่ายอุปทานทั่วโลกของ Tesla ระบุว่าบริษัทกำลังวางแผนสำหรับ การขาดแคลน ของวัสดุแบตเตอรี่ที่สำคัญ ผู้ผลิตรถยนต์กำลังทำงานเพื่อ บูรณาการในแนวตั้ง การผลิตแบตเตอรี่ในธุรกิจของตนเพื่อให้แน่ใจว่าพวกเขาจะสามารถเข้าถึงแบตเตอรี่ได้เมื่อจำเป็น

ส่วนใหญ่สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นมาตรฐานสำหรับเซลล์แบบชาร์จไฟได้ ใช้ในทุกสิ่งตั้งแต่กล้องและโทรศัพท์ไปจนถึง EV นอกจากจะมีราคาแพงและขึ้นอยู่กับทรัพยากรที่หายากแล้ว แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังมีอันตรายจากความร้อนสูงเกินไปและลุกไหม้หรือแม้กระทั่ง ระเบิด. นั่นเป็นเหตุผล สายการบิน ไม่ต้องการให้แบตเตอรี่เหล่านี้อยู่ในห้องเก็บสัมภาระ ยิ่งไปกว่านั้น การสร้างโรงงานใหม่เพื่อผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังมีราคาแพงและใช้เวลานานอีกด้วย Tesla ลงทุน 5 พันล้านดอลลาร์ในเนวาดา

สิ่งที่จำเป็นคือสถาปัตยกรรมแบตเตอรี่แบบใหม่ที่ทำได้ง่ายขึ้น ตามหลักการแล้ว การออกแบบแบตเตอรี่ใหม่จะมีความหนาแน่นของพลังงานสูงขึ้นและใช้เวลาชาร์จเร็วขึ้นเพื่อให้เหมาะสำหรับการใช้งานในยานพาหนะ

คุณรู้อยู่แล้วว่าอะไรจะเกิดขึ้นต่อไป: บริษัทที่โทรมา XNRGI ซึ่งตั้งอยู่ใกล้พอร์ตแลนด์ รัฐออริกอน กล่าวว่าพวกเขามีคำตอบ นั่นไม่ใช่เรื่องแปลกในตัวเอง หลายๆ คนอ้างว่ามีแบตเตอรี่มหัศจรรย์ แต่ดูเหมือนพวกเขาจะพูดอยู่เสมอว่ายังไม่สามารถบอกคุณเกี่ยวกับแบตเตอรี่นี้ได้

ความแตกต่างกับ XNRGI ก็คือพวกเขามีผลงานสิทธิบัตรที่ตีพิมพ์ซึ่งเชื่อมโยงโดยตรงกับเทคโนโลยีแบตเตอรี่ Powerchip ของพวกเขา และพวกเขาก็ได้ยื่นขออีกหลายรายการ บริษัทยังได้รับเงินทุนจากกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาสำหรับการวิจัยอีกด้วย ด้วยการคุ้มครองสิทธิบัตรและการระดมทุน XNRGI กระตือรือร้นที่จะบอกให้โลกรู้ว่าพวกเขามีอะไรบ้าง

“เราเชื่อว่าขณะนี้เราสามารถแก้ไขปัญหาทั้งหมดเกี่ยวกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนไปพร้อมๆ กัน” Chris D’Couto ซีอีโอของ XNRGI กล่าว

เทคโนโลยีเก่าได้รับวัตถุประสงค์ใหม่

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไปและแบตเตอรี่ XNRGI Powerchip คือองค์ประกอบของแบตเตอรี่ ในกรณีที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไปใช้กราไฟท์บนตัวนำสองมิติเป็นวัสดุก่อสร้าง แบตเตอรี่ XNRGI จะใช้โลหะลิเธียมในเวเฟอร์ซิลิคอนที่มีรูพรุนสามมิติ ไม่มีอะไรใหม่หรือแตกต่างเกี่ยวกับเวเฟอร์ เป็นแผ่นดิสก์แบบเดียวกับที่อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ผลิตมานานหลายทศวรรษ

“เรากำลังดำเนินการตามขั้นตอนการผลิตชิปที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว และนำไปใช้กับแบตเตอรี่นี้” D’Couto กล่าว “เรากำลังนำบางสิ่งจากอุตสาหกรรมหนึ่งมาประยุกต์ใช้กับอุตสาหกรรมอื่น เราไม่ได้ประดิษฐ์อะไรจากด้านหน้านั้น เราสามารถซื้อเวเฟอร์ได้ ดังนั้นเราจึงไม่มีเงินลงทุนจำนวนมากในโรงงาน”

ส่วนที่ดีที่สุดคือแบตเตอรี่ XNRGI ผลิตจากเวเฟอร์เก่าและหนากว่าซึ่งไม่เป็นที่ต้องการอีกต่อไป โครงสร้างพื้นฐานทั่วโลกมีอยู่แล้วเพื่อผลิตเวเฟอร์เหล่านี้ในราคาถูกและมีปริมาณมาก

ข้อดีของเวเฟอร์ซิลิคอน

ข้อดีของการใช้เวเฟอร์ซิลิคอนเพื่อสร้างแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์อีกกระบวนการหนึ่งที่มีชื่อเสียง การออกแบบ XNRGI ใช้เวเฟอร์ที่มีรูพรุนเพื่อสร้างพื้นผิวคล้ายวาฟเฟิล แผ่นซิลิกอนขนาด 12 นิ้วแต่ละแผ่นสามารถจุรูพรุนขนาดเล็กมากได้ถึง 160 ล้านรู จากนั้นเวเฟอร์จะถูกเคลือบด้วยพื้นผิวที่ไม่นำไฟฟ้าด้านหนึ่ง อีกด้านของแผ่นเวเฟอร์เคลือบด้วยโลหะนำไฟฟ้าเพื่อส่งกระแสไฟฟ้า

“การเคลือบโลหะที่เราใช้นั้นนำมาจากอุตสาหกรรมชิป” D’Couto กล่าว “และการเคลือบฉนวนนั้นนำมาจากอุตสาหกรรมชิปและใช้ที่นี่ เราไม่ได้ประดิษฐ์อะไรในด้านกระบวนการ”

ลักษณะที่มีรูพรุนของแผ่นเวเฟอร์จะเพิ่มพื้นที่ผิวรวมของแบตเตอรี่ได้มากถึง 70 เท่า เมื่อเทียบกับพื้นผิวสองมิติ แต่ละรูพรุนจะถูกแยกออกจากเพื่อนบ้าน ซึ่งช่วยกำจัดการลัดวงจรภายใน และช่วยให้แบตเตอรี่ต้านทานการเสื่อมสภาพตามกาลเวลาและการใช้งาน

“แต่ละรูเล็กๆ เหล่านี้เปรียบเสมือนแบตเตอรี่ขนาดเล็กมาก” D’Couto ตั้งข้อสังเกต “เมื่อสิ่งใดสิ่งหนึ่งล้มเหลวทีละอย่าง ความล้มเหลวนั้นจะไม่แพร่กระจาย สถาปัตยกรรมนี้ทำให้แบตเตอรี่ปลอดภัยอย่างสมบูรณ์โดยการป้องกันความร้อนและการระเบิด”

ปรับปรุงความหนาแน่นและความจุของพลังงาน

เทคโนโลยีเวเฟอร์ของ XNRGI ได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้งานด้านขั้วบวกของแบตเตอรี่ เมื่อแบตเตอรี่ชาร์จเต็มแล้ว แอโนดจะเหมือนกับถังอิเล็กตรอน ขณะที่แบตเตอรี่คายประจุ อิเล็กตรอนจะไหลผ่านวงจรไปยังด้านแคโทดของแบตเตอรี่ เมื่อชาร์จแบตเตอรี่แล้ว ถังแอโนดจะเติมใหม่

“ทุกวันนี้ เมื่อคุณพูดถึงแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แบตเตอรี่นั้นทำมาจากลิเธียม อวตาร ด้วยกราไฟท์” D’Couto อธิบาย “นับตั้งแต่เริ่มก่อตั้งแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน กราไฟท์ได้ถูกนำมาใช้ที่ด้านแอโนดเพื่อเป็นที่จอดสำหรับลิเธียมไอออนเพื่อลงจอดและถอดออก”

ข้อดีอย่างมากประการหนึ่งของการออกแบบเวเฟอร์ซิลิคอนที่มีรูพรุนก็คือ ขั้วบวก XNRGI มีพื้นที่ผิวมากกว่าขั้วบวกกราไฟท์ถึง 70 เท่า และใช้โลหะลิเธียมบริสุทธิ์ ทำให้ขั้วบวกของ Powerchip มีความหนาแน่นของพลังงานมากกว่าความหนาแน่นของพลังงานของขั้วบวกของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีอยู่ประมาณ 10 เท่า

“เราได้รับความหนาแน่นของพลังงานมากขึ้นเนื่องจากพื้นที่ผิวเพิ่มขึ้นสามมิติ” D’Couto กล่าว

การเจริญเติบโตของเดนไดรต์น้อยลงเพื่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนานขึ้น

เหตุผลหนึ่งที่แบตเตอรี่แบบชาร์จได้เสื่อมสภาพเมื่อเวลาผ่านไปก็คือ เมื่อขั้วบวกผ่านการคายประจุและรอบการชาร์จซ้ำๆ จะเกิดการสะสมทางเคมีบนพื้นผิวขั้วบวก การสะสมนี้เรียกว่า "เดนไดรต์" และดูเหมือนหินย้อยหินปูน ในที่สุดเดนไดรต์สามารถเจาะตัวแยกทางกายภาพระหว่างแอโนดและแคโทด และทำให้แบตเตอรี่ลัดวงจรได้

“เมื่อเดนไดรต์เจาะผ่านเครื่องแยก แบตเตอรี่จะเกิดความล้มเหลวอย่างรวดเร็ว” D’Couto อธิบาย

ลิเธียมไอออนยังมีวัสดุอื่นๆ ที่สะสมตัวเหมือนแผ่นโลหะบนตัวแยกระหว่างด้านแอโนดและแคโทดของแบตเตอรี่ ทำให้เกิดการอุดตันของแบตเตอรี่และลดประสิทธิภาพการทำงาน แอโนด XNRGI ต้านทานการก่อตัวของเดนไดรต์และยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่เนื่องจากการเคลือบที่ไม่นำไฟฟ้าบนเวเฟอร์ซิลิคอน องค์ประกอบที่พาไปพร้อมกับลิเธียมไอออนจะไม่เกาะติดกับพื้นผิวนั้น ดังนั้นจึงไม่สามารถสร้างเดนไดรต์หรือสะสมคราบพลัคได้ง่าย

D'Couto ประมาณการว่าแป้ง XNRGI Powerchip จะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในปัจจุบันถึงสามถึงห้าเท่า

ลดเวลาการชาร์จและระยะที่ยาวขึ้น

พื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้นภายใน Powerchip หมายความว่าแบตเตอรี่สามารถคายประจุและชาร์จได้เร็วกว่าเซลล์ลิเธียมไอออนทั่วไป นั่นหมายถึงมีกำลังมากขึ้นเมื่อคุณขับขี่ ที่สำคัญกว่านั้นหมายถึงการชาร์จที่เร็วขึ้น

ตามข้อมูลของ D'Couto ขั้วบวกของ Powerchip สามารถชาร์จได้ 80% เมื่อแบตเตอรี่หมดภายใน 15 นาที การเติมเงินทั่วไป 10% ถึง 90% มีเป้าหมายอยู่ที่ 15 นาที นอกจากการชาร์จที่รวดเร็วแล้ว XNRGI ยังประมาณการว่าแบตเตอรี่ Powerchip จะเพิ่มช่วง EV ได้ถึง 280% เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไปที่มีน้ำหนักเท่ากัน สำหรับการอ้างอิง นั่นหมายถึง EV ปัจจุบันที่มีระยะทาง 250 ไมล์ (เท่าที่หลายๆ มี) จะมีระยะทาง 700 ไมล์

แบตเตอรี่ XNRGI ยังเบากว่าเซลล์ในปัจจุบันมาก ผู้ผลิตรถยนต์สามารถเลือกที่จะสร้าง EV ที่เบากว่าและมีประสิทธิภาพมากขึ้น หรือใส่แบตเตอรี่เข้าไปในรถยนต์มากขึ้นเพื่อให้ได้ระยะทางที่ไกลขึ้นตามน้ำหนักที่มีอยู่

เมื่อไหร่เราจะได้ดู?

ขณะนี้ XNRGI กำลังทำงานร่วมกับบริษัทต่างๆ ที่ใช้แบตเตอรี่ทุกประเภทตั้งแต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคขนาดเล็กไปจนถึงผู้ผลิตรถยนต์และแม้แต่ระบบสาธารณูปโภคระดับกริด บริษัทคาดว่าการเปิดตัวผลิตภัณฑ์สำหรับผู้บริโภคและข้อตกลงใบอนุญาตจะเสร็จสิ้นภายในสองถึงห้าปีข้างหน้า ขึ้นอยู่กับการใช้งานของแบตเตอรี่

“เราคาดว่าแบตเตอรี่ของเราจะถูกนำไปใช้ในผลิตภัณฑ์เคลื่อนที่ เช่น รถมอเตอร์ไซค์ สกู๊ตเตอร์ โดรน หุ่นยนต์ และอื่นๆ อีกมากมายในปี 2020” D’Couto คาดการณ์ “ในรถยนต์ไฟฟ้า มีแนวโน้มว่าจะเป็นปี 2022 หรือ 2023 ในปริมาณที่จำกัด จากนั้นจะมีการนำรถยนต์ไฟฟ้ามาใช้ในปริมาณมากในปี 2567 นั่นเป็นเรื่องปกติสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์หลังจากการทดสอบอย่างกว้างขวาง”

การเกิดขึ้นของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่ปลอดภัย ชาร์จเร็ว ใช้งานได้ยาวนาน และใช้งานได้ระยะไกล มีแนวโน้มว่าจะเป็นตัวเปลี่ยนเกมสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้า เมื่อมองย้อนกลับไป เมื่อนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกกำลังค้นคว้าเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่ดีกว่า บางทีเราไม่ควรแปลกใจเลยที่มีคนค้นพบมัน

อัพเกรดไลฟ์สไตล์ของคุณDigital Trends ช่วยให้ผู้อ่านติดตามโลกแห่งเทคโนโลยีที่เปลี่ยนแปลงไปอย่างรวดเร็วด้วยข่าวสารล่าสุด รีวิวผลิตภัณฑ์สนุกๆ บทบรรณาธิการที่เจาะลึก และการแอบดูที่ไม่ซ้ำใคร