211service.com
Szybkie testowanie pozwala uzyskać wysokoenergetyczne materiały akumulatorowe
Korzystając z nowatorskiego zautomatyzowanego podejścia do szybkiego budowania i testowania tysięcy ogniw baterii, Wildcat Discovery Technologies, start-up w San Diego w Kalifornii, opracował nowe materiały, które mogą zwiększyć pojemność akumulatorów litowo-jonowych do samochodów i przenośnej elektroniki o ponad 25 proc.
Fabryka baterii: W tej obudowie znajduje się zautomatyzowany sprzęt do budowy i testowania setek akumulatorów tygodniowo. Każda bateria wykonana jest z różnych materiałów eksperymentalnych.
Baterie oparte na nowych materiałach mogą zwiększyć zasięg pojazdów elektrycznych lub umożliwić producentom samochodów utrzymanie tego samego zasięgu, ale zużywających mniej ogniw, co obniży koszt zestawu akumulatorów, najdroższej części samochodu elektrycznego. Wciąż potrzebne są prace, aby poprawić trwałość nowych materiałów, ale wyniki potwierdzają walidację wysokowydajnej techniki przesiewowej Wildcat, która umożliwia naukowcom szybkie sortowanie kombinacji materiałów.
Wysokowydajne badania przesiewowe są powszechne w przemyśle farmaceutycznym i chemicznym w celu odkrywania nowych związków i katalizatorów, a technika ta przyczyniła się do rozwoju akumulatorów. Tym, co wyróżnia proces Wildcata, jest to, że wytwarza on kompletne ogniwa baterii, a nie tylko poszczególne części ogniw, takie jak elektrody. Jest to ważne, ponieważ wydajność dowolnego materiału w komórce zależy od tego, jak oddziałuje on z innymi częściami. Przy konwencjonalnym podejściu otrzymujesz wiele fałszywie pozytywnych i fałszywie negatywnych wyników, mówi Steven Kaye , dyrektor naukowy Wildcata. Mówi, że materiał elektrodowy, który sam w sobie wygląda obiecująco, może zawieść w całym ogniwie, ponieważ wchodzi w interakcje z elektrolitami, dodatkami i przeciwną elektrodą. A taki, który wygląda przeciętnie, może się znacznie poprawić po zmieszaniu z innymi materiałami w komórce.
Nowy materiał firmy Wildcat, odmiana fosforanu litowo-kobaltowego, normalnie zostałby odrzucony, ponieważ działa pod napięciem, które szybko niszczy elektrolit baterii, ciecz przewodzącą jony litu między elektrodami. Jednak naukowcy połączyli materiał z wieloma nowymi recepturami elektrolitów i ostatecznie odkryli taki, który może przetrwać wysokie napięcie. W sumie firma sprawdziła 4000 materiałów w ciągu około czterech miesięcy, aby znaleźć te, które zadziałały.
Proces rozpoczyna się automatycznym mieszaniem ciekłych materiałów prekursorowych, po czym następuje produkcja proszków elektrod o różnych właściwościach, tworzenie warstw elektrod oraz połączenie elektrod, separatora i elektrolitów w ogniwie monetarnym typu, jakie można znaleźć w zegarku baterie. Te komórki są testowane, a najlepsze są ulepszane.
Możliwość sortowania tysięcy kombinacji materiałów i włączania ich do kompletnych ogniw baterii jest imponująca, mówi Jeff Dahn , profesor fizyki na Uniwersytecie Dalhousie, który wykorzystuje wysokowydajne metody do badania materiałów akumulatorowych. Przebyli długą drogę w krótkim czasie, mówi.
Firma Wildcat została założona w 2006 roku i zebrała 16,5 miliona dolarów w funduszach venture. Posiada również przychody z ponad 40 projektów badawczych z głównymi producentami. Jej założycielami są Peter Schultz, profesor w Scripps Research Institute i pionier wysokowydajnej chemii kombinatorycznej.
Ogniwa baterii wykorzystujące nowe materiały firmy Wildcat zmagazynowałyby o 60 procent więcej energii objętościowo niż fosforan litowo-żelazowy ogniwa, z których jeden jest używany przez producentów pojazdów elektrycznych. W porównaniu z niektórymi akumulatorami o wyższej energii, które mogą znajdować się w pojazdach elektrycznych nowej generacji, na przykład wykorzystujących mieszankę niklu, manganu i kobaltu, nowe materiały mogą zapewnić wzrost energii o ponad 25 procent objętości, mówi Kaye. .
Nie jest jasne, w jaki sposób materiały wpłyną na całkowity koszt baterii. Poprawa pojemności obniży koszty, a wyższe napięcie ogniw uprości okablowanie w pakietach akumulatorów, co również obniży koszty, ale zastosowanie kobaltu spowoduje, że będą one droższe niż fosforan litowo-żelazowy. Aby obniżyć koszty, firma pracuje nad materiałami elektrodowymi, które zastępują kobalt niklem.
Nowe formuły elektrolitów opracowane przez firmę mogą otworzyć możliwość stosowania innych materiałów elektrodowych o stosunkowo wysokim napięciu, w tym klasy materiałów zwanych fluorofosforanami, które w połączeniu z wysokowydajnymi elektrodami przeciwstawnymi mogą nawet podwoić pojemność baterii, Kaye mówi.
Firma obecnie produkuje partie testowe swoich nowych materiałów i ma nadzieję na udzielenie licencji na technologię firmom zajmującym się materiałami i akumulatorami, ale trwałość materiałów nadal wymaga poprawy. Po 150 cyklach ładowania pojemność materiału elektrody spadła o 20 procent. Do użytku w przenośnej elektronice bateria musi wystarczyć na kilkaset cykli. W samochodach elektrycznych akumulator musi zachować 80 procent swojej pojemności przez tysiące cykli.