Lithium-iontové baterie právě udělaly velký skok v malém produktu

WHOOP 4.0. KŘIČET

Materiálová společnost v Alamedě v Kalifornii strávila poslední desetiletí prací na zvýšení energie uložené v lithium-iontových bateriích, což je pokrok, který by mohl umožnit menším přístrojům a elektrickým vozidlům s mnohem větším dojezdem.

Sila vyvinula částice na bázi křemíku, které mohou nahradit grafit v anodách a udržet více iontů lithia, které přenášejí proud v baterii.

Nyní společnost poprvé dodává svůj produkt na trh a poskytuje část anodového prášku v baterii připravovaného Křičet 4.0, fitness nositelné. Je to malé zařízení, ale potenciálně velký krok vpřed pro oblast baterií, kde se slibné laboratorní výsledky často nepromítnou do komerčního úspěchu.

Představte si Whoop 4.0 jako náš Tesla Roadster , říká Gene Berdichevsky, generální ředitel společnosti Sila, který jako sedmý zaměstnanec Tesly pomohl vyřešit některé z kritických problémů s bateriemi pro první elektromobil společnosti. Je to skutečně první zařízení na trhu, které dokazuje tento průlom.

Bateriové články vyrobené z částic Sila na bázi křemíku.

SILA

Materiály společnosti s mírnou pomocí dalších pokroků zvýšily hustotu energie v baterii fitness trackeru přibližně o 17 %. To je významný zisk v oboru, který se obecně posouvá vpřed o několik procentních bodů ročně.

Je to ekvivalent asi čtyř let standardního pokroku, ale jedním velkým skokem, říká Venkat Viswanathan, docent strojního inženýrství na Carnegie Mellon University.

Sila stále čelí některým skutečným technickým výzvám, ale pokrok je slibným znamením potenciálu stále schopnějších baterií pomoci světu odklonit se od fosilních paliv, jak se nebezpečí změny klimatu zrychluje. Zvýšení množství energie, kterou mohou baterie uchovat, usnadňuje stále čistším zdrojům elektřiny pohánět více našich budov, vozidel, továren a podniků.

V odvětví dopravy může energeticky hustší baterie snížit náklady nebo prodloužit dojezd elektrických vozidel, což řeší dva z největších problémů, které odrazovaly spotřebitele od toho, aby se vzdali svých žroutů plynu. Slibuje také dodání síťových baterií, které dokážou ušetřit více energie ze solárních a větrných farem, nebo spotřebitelských přístrojů, které vydrží déle mezi nabitími.

Energetická hustota je klíčem k elektrifikaci všeho, říká Berdičevskij, an Inovátor do 35 let v roce 2017.

V případě nového fitness nositelného zařízení umožnily nové materiály baterie a další vylepšení bostonskému Whoopu zmenšit zařízení o 33 % při zachování pětidenní životnosti baterie. Výrobek je nyní dostatečně tenký, aby se dal vložit do chytrého oblečení a mohl se nosit jako hodinky. Do prodeje jde 8. září.

Sila, která oznámila 590 milionů dolarů ve financování v lednu také uzavřela partnerství pro vývoj materiálů pro baterie pro výrobce automobilů, včetně BMW a Daimler. Společnost uvedla, že její technologie by mohla nakonec nabalit až o 40 % více energie do lithium-iontových baterií.

Předcházení požárům

Berdičevskij udělal pohovor a získal svou práci v Tesle před posledním rokem na Stanfordské univerzitě, kde pracoval na získání titulu v oboru strojního inženýrství. Nakonec sehrál klíčovou roli při řešení potenciálně existenčního rizika pro společnost: že požár v kterékoli z tisíců baterií zabalených ve vozidle zapálí celou sadu.

Vytvořil program pro systematické hodnocení série návrhů bateriových sad. Po stovkách testů společnost vyvinula kombinaci uspořádání baterií, materiálů pro přenos tepla a chladicích kanálů, které do značné míry zabránily únikům požárů.

Poté, co Tesla uvedla na trh Roadster, Berdičevskij cítil, že se musí buď zavázat na dalších pět let, aby společnost prozkoumal vývojem dalšího vozidla, Model S – nebo využít příležitosti a vyzkoušet něco nového.

Nakonec se rozhodl, že chce postavit něco vlastního.

Gene Berdichevsky, generální ředitel a spoluzakladatel společnosti Sila.

DAVID PAUL MORRIS/SILA

Berdičevskij se vrátil do Stanfordu na magisterský program studia materiálů, termodynamiky a fyziky v naději, že najde způsoby, jak zlepšit skladování na základní úrovni. Po ukončení studia strávil rok jako podnikatel v rezidenci ve společnosti Sutter Hill Ventures a hledal nápady, které by mohly tvořit základ jeho vlastního podnikání.

Během té doby narazil na vědecký papír identifikace způsobu výroby částic na bázi křemíku pro anody lithium-iontových baterií.

Vědci již dlouho viděli křemík jako slibný způsob, jak zvýšit energii v bateriích, protože jeho atomy se mohou vázat s 10krát větším množstvím iontů lithia než grafit. To znamená, že obsahují mnohem více nabitých molekul, které produkují elektrický proud v baterii. Ale křemíkové anody měly tendenci se během nabíjení drolit, protože bobtnaly, aby se přizpůsobily iontům, které se pohybují tam a zpět mezi elektrodami.

Článek, jehož spoluautorem je profesor Georgia Institute of Technology Gleb Yushin, zdůraznil možnost vývoje tuhých silikonových materiálů s porézním jádrem, které by mohlo snadno přijímat a uvolňovat ionty lithia .

Příští rok Berdičevskij spoluzaložil Silu s Yushinem a Alexem Jacobsem, dalším bývalým inženýrem Tesly.

Překážky a zpoždění

Společnost strávila příští desetiletí vylepšováním svých metod a materiálů, prošla více než 50 000 iteracemi chemie a zároveň zvýšila svou výrobní kapacitu. Brzy se rozhodla vyvinout zásuvné materiály, které by výrobci lithium-iontových baterií mohli vyměnit, místo aby pokračovali v dražší a riskantnější cestě výroby kompletních baterií samotných.

Sila však není tak daleko, jak původně doufala.

Po zajištění několika milionů dolarů od divize ARPA-E amerického ministerstva energetiky společnost v jednu chvíli výzkumné agentuře řekla, že její materiály by mohly být ve výrobcích do roku 2017 a ve vozidlech do roku 2020. V roce 2018, kdy Sila oznámila svou dohodu s BMW, uvedla, že jeho částice by mohly pomoci pohánět elektromobily německé automobilky do roku 2023.

Berdičevskij říká, že společnost nyní očekává, že bude ve vozidlech spíše v roce 2025. Říká, že řešení problémů na poslední míli bylo prostě těžší, než očekávali. Výzvy zahrnovaly spolupráci s výrobci baterií na získání nejlepšího výkonu z nových materiálů.

Byli jsme naivně optimističtí, pokud jde o výzvy škálování a uvádění produktů na trh, uvedl v e-mailu.

Zprávy Whoop signalizují, že Sila dokázala zkonstruovat částice způsobem, který nabízí bezpečnost, životní cykly a další měřítka výkonu baterie podobná těm, kterých bylo dosaženo u stávajících produktů.

Je však pozoruhodné, že částice Sila poskytnou pouze asi 25 % kapacity v anodě baterie, přičemž zbytek zajistí standardní grafitové materiály.

Viswanathan říká, že větší test bude částečně až plně nahrazovat grafit. To vyžaduje vyšší úroveň přesnosti a výkonu, což popisuje jako rozdíl mezi trefením double a homerunu.

Kromě toho, říká, společnost stále čelí významným výzvám, od spotřebitelských zařízení až po přísnější požadavky na elektrická vozidla. Auta, nákladní auta a autobusy potřebují mimo jiné energeticky husté, extrémně bezpečné baterie, které se rychle nabíjejí a vydrží mnoho životních cyklů. Problém s chemií baterií je v tom, že zlepšování materiálů a procesů zahrnutých v jednom výkonnostním standardu může být často na úkor jiných, říká Viswanathan.

Berdičevskij říká, že bateriové materiály Sila plně nahradí grafit v jejím dalším komerčním produktu, o kterém říká, že je uzamčen a nabitý partnerem, kterého ještě nemůže oznámit. A na rozdíl od jiných slibných bateriových materiálů, které si v dnešní době získávají pozornost tisku a investorů, jako kovové lithium , Silikonové materiály jsou již ve výrobcích.

Jsme velcí zastánci toho, že naděje a humbuk nemění svět – doprava ano, říká.

skrýt