Et bilbatteri til halv pris

Sidste år udsprang batteriopstarten A123 Systems et andet firma, kaldet 24M, for at udvikle en ny slags batteri beregnet til at få elektriske køretøjer til at gå længere og koste mindre. Nu er en forskningsartikel offentliggjort i Avancerede energimaterialer afslører de første detaljer om, hvordan det batteri ville fungere. Den adresserer også udfordringerne med at bringe batteriet på markedet.

Batteri prototype: To slamlignende elektrodematerialer føres ind i apparatet vist her. Anodematerialet strømmer ind i den øverste halvdel, og katoden strømmer ind i bunden. Lithiumioner passerer fra det ene materiale til det andet, og elektroner strømmer gennem de sorte og røde ledninger.

Et stort problem med lithium-ion-batterier, der bruges i elektriske køretøjer og plug-in hybrider, er, at kun omkring 25 procent af batteriets volumen optages af materialer, der lagrer energi. Resten består af inaktive materialer, såsom emballage, ledende folier og lim, som gør batterierne omfangsrige og står for en væsentlig del af omkostningerne.

24M har til hensigt i høj grad at reducere det inaktive materiale i et batteri. Ifølge estimater i det nye papir kan dets batterier opnå næsten det dobbelte af energitætheden i forhold til nutidens bilbatteripakker. Batterier med en højere energitæthed ville være mindre og billigere, hvilket betyder, at el- og hybridbiler ville være billigere. Avisen anslår, at batterierne kan koste så lidt som 250 dollars pr. kilowatttime - mindre end halvdelen af, hvad de koster nu.

En konventionel batteripakke består af hundredvis af celler. Hver celle indeholder en stak af mange tynde, solide elektroder. Disse elektroder er parret med metalfoliestrømsamlere og adskilt fra hinanden af ​​plastfilm. Forøgelse af energilagringen kræver tilføjelse af flere lag elektrodemateriale - hvilket igen kræver flere lag metalfolie og plastikfilm.

24M’s design gør det muligt at øge energilagringen uden den ekstra metalfolie og plastikfilm. Den vigtigste forskel er, at elektroderne ikke er faste film stablet i en celle, men slamlignende materialer, der opbevares i tanke - en til det positive elektrodemateriale og en anden til den negative elektrode.

Materialerne pumpes fra tankene ind i en lille enhed, hvor de bevæger sig gennem kanaler udskåret i metalblokke. Når dette sker, bevæger ioner sig fra den ene elektrode til den anden gennem den samme slags separatormateriale, som bruges i et konventionelt batteri. Elektroner går ud af materialet til et eksternt kredsløb. I dette design er øget energilagring lige så simpelt som at øge størrelsen af ​​lagertankene - den enhed, der tillader elektroderne at interagere, forbliver den samme størrelse. Designet fjerner også behovet for at forbinde hundredvis af celler sammen for at opnå tilstrækkelig energilagring.

Det nye batteri ligner noget, der kaldes et flowbatteri, hvor to elektrolytter pumpes forbi hinanden. Men konventionelle flow-batterier er omkring 10 gange større end det nye design, fordi de bruger fortyndede energilagringsløsninger, hvilket gør dem upraktiske til brug i biler.

Forskerne, anført af Endnu-Ming Chiang , en professor i materialevidenskab ved MIT, og en grundlægger af både A123 Systems og 24M, testede forskellige materialer til elektroderne, herunder lithium-koboltoxid, som almindeligvis bruges i bærbare batterier. De demonstrerede, at enheden kan oplade og aflade til de nødvendige hastigheder i elektriske køretøjer, siger Chiang.

Papiret beskriver også, hvordan forskerne adresserer en af ​​de største udfordringer ved designet: at trække den elektriske ladning ud af slammet. I en almindelig lithium-ion-celle finder elektronerne vej ved at hoppe gennem de forbundne ledende partikler i den faste elektrode, indtil de når en strømaftager. I det nye batteri vil elektronerne ikke strømme gennem elektrolytten. Så Chiang og kolleger blandede kulstofpartikler i nanoskala i slammet; partiklerne danner spontant indbyrdes forbundne netværk i væsken for at tilvejebringe veje, hvor elektronerne kan undslippe.

Der er stadig udfordringer, før batteriet kan kommercialiseres. Den elektriske ledningsevne er stadig omkring 100 gange mindre, end den burde være i et praktisk system, siger Chiang. Han arbejder også på at øge koncentrationen af ​​aktive materialer i slammet.

Jeff Dahn , en professor i fysik og kemi ved Dalhousie University, bemærker, at for at opnå de effektniveauer, der er nødvendige for at drive en bil, skal den elektrokemiske celle stadig være stor: separatormaterialet skal dække et areal på omkring tre meter gange fire meter . Det kunne skæres i håndterbare stykker og stables op, men det kunne gøre systemet kompliceret, og selv med denne tilgang kan cellen være omfangsrig, siger han.

Vi gør gode fremskridt med teknologien, siger 24M CEO Throop Wilder. Accepten af ​​papiret er en stærk validering af de grundlæggende principper, der driver vores udvikling. 24M består af omkring 20 ansatte og har rejst omkring 16 millioner dollars.

Det er et meget smart apparat, siger Dahn. Jeg ved ikke, om det nogensinde bliver mere end en idé i et papir, men Chiang har overrasket folk før.

skjule