Rychlé testování poskytuje vysokoenergetické bateriové materiály

S využitím nového automatizovaného přístupu pro rychlou stavbu a testování tisíců bateriových článků vyvinul Wildcat Discovery Technologies, startup v San Diegu v Kalifornii, nové materiály, které by mohly zvýšit skladovací kapacitu lithium-iontových baterií pro automobily a přenosnou elektroniku o více než 25 procent.

Fabia na baterie: V tomto krytu se nachází automatizované zařízení pro stavbu a testování stovek baterií týdně. Každá baterie je vyrobena z různých experimentálních materiálů.

Baterie založené na nových materiálech by mohly prodloužit dojezd elektrických vozidel nebo umožnit výrobcům automobilů zachovat stejný dojezd, ale používat méně bateriových článků, čímž by se snížily náklady na baterii, nejdražší součást elektromobilu. Stále je třeba pracovat na zlepšení trvanlivosti nových materiálů, ale výsledky poskytují ověření pro vysoce výkonnou screeningovou techniku ​​společnosti Wildcat, která umožňuje výzkumníkům rychle třídit kombinace materiálů.

Vysoce výkonný screening je běžný ve farmaceutickém a chemickém průmyslu, aby se objevily nové sloučeniny a katalyzátory, a tato technika pronikla do vývoje baterií. Proces Wildcat se liší tím, že vyrábí kompletní bateriové články, nejen jednotlivé části článků, jako jsou elektrody. To je důležité, protože výkon jakéhokoli daného materiálu v buňce závisí na tom, jak interaguje s ostatními částmi. S konvenčními přístupy získáte spoustu falešně pozitivních a falešně negativních výsledků, říká Steven Kaye , hlavní vědecký pracovník společnosti Wildcat. Materiál elektrody, který vypadá sám o sobě slibně, může selhat v kompletním článku, protože interaguje s elektrolyty, přísadami a opačnou elektrodou, říká. A ten, který vypadá průměrně, by se při smíchání s jinými materiály v buňce mohl výrazně zlepšit.

Nový materiál společnosti Wildcat, varianta fosforečnanu lithného a kobaltnatého, by byl běžně zamítnut, protože pracuje při napětí, které rychle ničí elektrolyt baterie, kapalinu, která vede ionty lithia mezi elektrodami. Ale výzkumníci spárovali materiál s mnoha novými recepturami elektrolytů a nakonec objevili jeden, který by mohl přežít vysoké napětí. Celkem společnost prověřila 4000 materiálů po dobu asi čtyř měsíců, aby našla ty, které fungovaly.

Proces začíná automatickým mícháním kapalných prekurzorových materiálů, po kterém následuje výroba elektrodových prášků s různými vlastnostmi, tvorba elektrodových filmů a kombinace elektrod, separátoru a elektrolytů v mincovníku typu, který se nachází v hodinkách. baterie. Tyto buňky jsou testovány a ty nejlepší jsou vylepšeny.

Schopnost třídit tisíce kombinací materiálů a začlenit je do kompletních bateriových článků je docela působivá, říká Jeff Dahn , profesor fyziky na Dalhousie University, který používá vysoce výkonné metody ke studiu materiálů baterií. Ušli dlouhou cestu v krátké době, říká.

Společnost Wildcat byla založena v roce 2006 a získala 16,5 milionu dolarů v rizikovém financování. Má také příjmy z více než 40 výzkumných projektů s významnými výrobci. Mezi její zakladatele patří Peter Schultz, profesor Scripps Research Institute a průkopník vysoce výkonné kombinatorické chemie.

Bateriové články využívající nové materiály Wildcat by skladovaly asi o 60 procent více energie podle objemu než fosforečnan lithný a železnatý články, jeden typ používají výrobci elektrických vozidel. Ve srovnání s některými bateriemi s vyšší spotřebou energie, které by mohly být v elektrických vozidlech nové generace, jako jsou ty, které používají směs niklu, manganu a kobaltu, by nové materiály mohly přinést nárůst energie o více než 25 procent objemu, říká Kaye. .

Není jasné, jak materiály ovlivní celkovou cenu baterie. Zlepšení kapacity sníží náklady a vyšší napětí článků zjednoduší kabeláž v bateriových sadách, což také sníží náklady, ale použití kobaltu je prodraží než fosforečnan lithný. Pro snížení nákladů společnost pracuje na elektrodových materiálech, které nahrazují nikl za kobalt.

Nové receptury elektrolytů, které společnost vyvinula, by mohly otevřít možnost použití dalších relativně vysokonapěťových elektrodových materiálů, včetně třídy materiálů zvaných fluorofosfáty, které by při spárování s vysoce výkonnými protilehlými elektrodami mohly až zdvojnásobit kapacitu baterie, Kaye říká.

Společnost v současné době vyrábí testovací šarže svých nových materiálů a doufá, že technologii poskytne společnostem zabývajícím se materiály a bateriemi, ale trvanlivost materiálů je stále potřeba zlepšit. Po 150 nabíjecích cyklech se kapacita materiálu elektrody snížila o 20 procent. Pro použití v přenosné elektronice musí baterie vydržet několik stovek cyklů. U elektromobilů si baterie musí uchovat 80 procent své úložné kapacity po tisíce cyklů.

skrýt