211service.com
Tento pokrok v oblasti baterií by mohl výrazně zlevnit elektrická vozidla
Jsou to nanotechnologie
Posledních sedm let startup se sídlem v Alamedě v Kalifornii tiše pracoval na novém anodovém materiálu, který slibuje výrazné zvýšení výkonu lithium-iontových baterií.
Sila Nanotechnologies se minulý měsíc vynořila z režimu utajení a ve spolupráci s BMW se do roku 2023 nasadily materiály anody na bázi křemíku alespoň do některých elektrických vozidel německé automobilky. Mluvčí BMW řekl a Wall Street Journal společnost očekává, že dohoda povede k 10 až 15procentnímu nárůstu množství energie, kterou můžete vložit do bateriového článku daného objemu. Generální ředitel společnosti Sila Gene Berdichevsky říká, že materiály by mohly nakonec přinést až 40procentní zlepšení (viz 35 inovátorů do 35 let: Gene Berdichevsky).
U elektromobilů zvýšení takzvané energetické hustoty buď výrazně prodlužuje dojezd na jedno nabití, nebo snižuje náklady na baterie potřebné k dosažení standardního dojezdu. U spotřebitelských gadgetů by to mohlo zmírnit frustraci mobilních telefonů, které přes den nevydrží, nebo by to mohlo umožnit energeticky náročné funkce nové generace, jako jsou větší fotoaparáty nebo ultrarychlé sítě 5G.
Výzkumníci strávili desetiletí prací na zlepšení schopností lithium-iontových baterií, ale tyto zisky obvykle přicházejí pouze o několik procentních bodů najednou. Jak tedy Sila Nanotechnologies udělala tak velký skok?
Berdičevskij, který byl zaměstnancem číslo sedm v Tesle, a CTO Gleb Yushin , profesor materiálové vědy na Georgia Institute of Technology, nedávno poskytl hlubší vysvětlení technologie baterií v rozhovoru s MIT Technology Review .
Spoluzakladatelé Sila (zleva doprava), Gleb Yushin, Gene Berdichevsky a Alex Jacobs. Nanotechnologie Sila
Anoda je záporná elektroda baterie, která v tomto případě ukládá ionty lithia, když je baterie nabíjena. Inženýři dlouho věřili, že křemík má velký potenciál jako anodový materiál z jednoduchého důvodu: může se vázat s 25krát více iontů lithia než grafit, hlavní materiál používaný v dnešních lithium-iontových bateriích.
To má ale velký háček. Když křemík pojme tolik iontů lithia, jeho objem se zvětší a namáhá materiál tak, že má tendenci se během nabíjení drolit. Toto nabobtnání také spouští elektrochemické vedlejší reakce, které snižují výkon baterie.
V roce 2010 byl Yushin spoluautorem vědecké papír který identifikoval způsob výroby tuhých nanočástic na bázi křemíku, které jsou vnitřně dostatečně porézní, aby se přizpůsobily významným objemovým změnám. Spojil se s Berdičevským a dalším bývalým bateriovým inženýrem Tesly, Alexem Jacobsem, aby v následujícím roce vytvořili Sila.
Společnost od té doby pracuje na komercializaci tohoto základního konceptu, vyvíjí, vyrábí a testuje desítky tisíc různých druhů stále sofistikovanějších anodových nanočástic. Přišel na způsoby, jak změnit vnitřní strukturu, aby se zabránilo pronikání elektrolytu baterie do částic, a dosáhl desítek přírůstkových zisků v hustotě energie, které nakonec přispěly ke zlepšení asi 20 procent oproti nejlepší existující technologii.
Nakonec Sila vytvořila robustní, mikrometrové kulovité částice s porézním jádrem, které řídí velkou část bobtnání uvnitř vnitřní struktury. Vnější strana částice během nabíjení nemění tvar ani velikost, což jinak zajišťuje normální výkon a životnost.
Výsledné kompozitní anodové prášky fungují jako zásuvný materiál pro stávající výrobce lithium-iontových článků.
S jakoukoli novou technologií baterií trvá nejméně pět let, než se propracují procesy zajišťování kvality a bezpečnosti v automobilovém průmyslu – tedy časový plán pro rok 2023 s BMW. Sila je však na rychlejší cestě se spotřební elektronikou, kde očekává, že začátkem příštího roku uvidí na pultech produkty s jejími bateriovými materiály.
Venkat Viswanathan, strojní inženýr z Carnegie Mellon, říká, že Sila dělá velké pokroky. Varuje však, že zisky v jedné metrice baterie jsou často na úkor jiných – jako je bezpečnost, doba nabíjení nebo životnost cyklu – a že to, co funguje v laboratoři, se ne vždy dokonale promítne do konečných produktů.
Společnosti včetně Enovix a Enevate také vyvíjejí materiály pro anody s dominantním křemíkem. Mezitím jiné podniky sledují zcela odlišné cesty k ukládání s vyšší kapacitou, zejména včetně polovodičových baterií. Ty používají materiály, jako je sklo, keramika nebo polymery, aby nahradily kapalné elektrolyty, které pomáhají přenášet ionty lithia mezi katodou a anodou.
BMW má také partnerský se Solid Power, spinout z University of Colorado Boulder, který tvrdí, že jeho polovodičová technologie spoléhající na lithium-kovové anody dokáže uložit dvakrát až třikrát více energie než tradiční lithium-iontové baterie. Mezitím Ionic Materials, která nedávno zvednutý 65 milionů dolarů od společnosti Dyson a dalších vyvinul pevný polymerní elektrolyt, o kterém tvrdí, že umožní bezpečnější a levnější baterie, které mohou fungovat při pokojové teplotě a budou také pracovat s lithiem.
Někteří odborníci na baterie se domnívají, že technologie v pevné fázi nakonec slibuje větší zisky v hustotě energie, pokud výzkumníci překonají některé velké zbývající technické překážky.
Berdičevskij však zdůrazňuje, že materiály společnosti Sila jsou nyní připraveny pro produkty a na rozdíl od polovodičových lithium-metalových baterií nevyžadují ze strany výrobců baterií žádné drahé upgrady zařízení.
Vzhledem k tomu, že společnost vyvíjí další způsoby, jak omezit změnu objemu částic na bázi křemíku, Berdičevskij a Yushin věří, že budou schopni dále rozšířit hustotu energie a zároveň zkrátit dobu nabíjení a celkovou životnost.
Tento příběh byl aktualizován, aby objasnil, že Samsung neinvestoval do posledního kola financování Ionic Material.