211service.com
Denne batteriutviklingen kan gjøre elbiler langt billigere
De er nanoteknologier
De siste syv årene har en oppstart basert i Alameda, California, i det stille arbeidet med et nytt anodemateriale som lover å øke ytelsen til litiumion-batterier betydelig.
Sila Nanotechnologies kom ut av stealth-modus i forrige måned, og samarbeidet med BMW for å plassere selskapets silisiumbaserte anodematerialer i minst noen av den tyske bilprodusentens elektriske kjøretøy innen 2023. En talsmann for BMW fortalte de Wall Street Journal selskapet forventer at avtalen vil føre til en økning på 10 til 15 prosent i mengden energi du kan pakke inn i en battericelle med et gitt volum. Silas administrerende direktør Gene Berdichevsky sier at materialene til slutt kan gi så mye som 40 prosent forbedring (se 35 Innovators Under 35: Gene Berdichevsky).
For elbiler vil en økning i såkalt energitetthet enten utvide kjørelengden som er mulig på en enkelt lading betydelig eller redusere kostnadene for batteriene som trengs for å nå standard rekkevidder. For forbrukerinnretninger kan det lindre frustrasjonen til mobiltelefoner som ikke klarer seg gjennom dagen, eller det kan muliggjøre strømkrevende neste generasjons funksjoner som større kameraer eller ultraraske 5G-nettverk.
Forskere har brukt flere tiår på å arbeide for å fremme egenskapene til litiumion-batterier, men disse gevinstene kommer vanligvis bare noen få prosentpoeng om gangen. Så hvordan gjorde Sila Nanotechnologies et så stort sprang?
Berdichevsky, som var ansatt nummer syv i Tesla, og CTO Gleb Yushin , professor i materialvitenskap ved Georgia Institute of Technology, ga nylig en dypere forklaring av batteriteknologien i et intervju med MIT Technology Review .
Sila-medgründerne (fra venstre til høyre), Gleb Yushin, Gene Berdichevsky og Alex Jacobs. Sila Nanoteknologier
En anode er batteriets negative elektrode, som i dette tilfellet lagrer litiumioner når et batteri lades. Ingeniører har lenge trodd at silisium har et stort potensial som anodemateriale av en enkel grunn: det kan binde seg til 25 ganger flere litiumioner enn grafitt, hovedmaterialet som brukes i litiumionbatterier i dag.
Men dette kommer med en stor hake. Når silisium rommer så mange litiumioner, utvides volumet, og belaster materialet på en måte som har en tendens til å smuldre under lading. Den hevelsen utløser også elektrokjemiske bireaksjoner som reduserer batteriytelsen.
I 2010 var Yushin medforfatter av en vitenskapelig papir som identifiserte en metode for å produsere stive silisiumbaserte nanopartikler som er internt porøse nok til å imøtekomme betydelige volumendringer. Han slo seg sammen med Berdichevsky og en annen tidligere Tesla-batteriingeniør, Alex Jacobs, for å danne Sila året etter.
Selskapet har jobbet med å kommersialisere det grunnleggende konseptet siden, utviklet, produsert og testet titusenvis av forskjellige varianter av stadig mer sofistikerte anode-nanopartikler. Den fant ut måter å endre den interne strukturen for å forhindre at batterielektrolytten siver inn i partiklene, og den oppnådde dusinvis av inkrementelle gevinster i energitetthet som til slutt ble en forbedring på rundt 20 prosent i forhold til den beste eksisterende teknologien.
Til slutt skapte Sila en robust sfærisk partikkel i mikrometerstørrelse med en porøs kjerne, som leder mye av hevelsen inn i den indre strukturen. Utsiden av partikkelen endrer ikke form eller størrelse under lading, noe som ellers sikrer normal ytelse og sykluslevetid.
De resulterende komposittanodepulverene fungerer som et drop-in-materiale for eksisterende produsenter av litiumionceller.
Med ny batteriteknologi tar det minst fem år å jobbe gjennom bilindustriens kvalitets- og sikkerhetsprosesser – derav 2023-tidslinjen med BMW. Men Sila er på et raskere spor med forbrukerelektronikk, der de forventer å se produkter som bærer batterimaterialene i hyllene tidlig neste år.
Venkat Viswanathan, en mekanisk ingeniør hos Carnegie Mellon, sier Sila gjør store fremskritt. Men han advarer om at gevinster i én batterimåling ofte går på bekostning av andre – som sikkerhet, ladetid eller sykluslevetid – og at det som fungerer i laboratoriet ikke alltid oversettes perfekt til sluttprodukter.
Selskaper inkludert Enovix og Enevate utvikler også silisiumdominante anodematerialer. I mellomtiden følger andre virksomheter helt andre veier til lagring med høyere kapasitet, spesielt inkludert solid-state-batterier. Disse bruker materialer som glass, keramikk eller polymerer for å erstatte flytende elektrolytter, som hjelper til med å frakte litiumioner mellom katoden og anoden.
BMW har også samarbeidet med Solid Power, en spinout fra University of Colorado Boulder, som hevder at solid-state-teknologien som er avhengig av litium-metallanoder kan lagre to til tre ganger mer energi enn tradisjonelle litium-ion-batterier. I mellomtiden, Ionic Materials, som nylig oppvokst 65 millioner dollar fra Dyson og andre, har utviklet en solid polymerelektrolytt som den hevder vil muliggjøre sikrere, billigere batterier som kan fungere ved romtemperatur og som også fungerer med litiummetall.
Noen batterieksperter mener at solid-state-teknologi til slutt lover større gevinster i energitetthet, hvis forskere kan overvinne noen store gjenværende tekniske hindringer.
Men Berdichevsky understreker at Silas materialer er klare for produkter nå og, i motsetning til solid-state litium-metallbatterier, ikke krever noen dyre utstyrsoppgraderinger fra batteriprodusentenes side.
Ettersom selskapet utvikler flere måter å begrense volumendring i de silisiumbaserte partiklene, tror Berdichevsky og Yushin at de vil kunne forlenge energitettheten ytterligere, samtidig som de forbedrer ladetidene og den totale sykluslevetiden.
Denne historien ble oppdatert for å klargjøre at Samsung ikke investerte i Ionic Materials siste finansieringsrunde.