211service.com
Een auto-accu voor de helft van de prijs
Vorig jaar startte de batterij-startup A123 Systems een ander bedrijf, genaamd 24M, om een nieuw soort batterij te ontwikkelen die bedoeld was om elektrische voertuigen verder te laten gaan en minder te kosten. Nu is een onderzoekspaper gepubliceerd in Geavanceerde energiematerialen onthult de eerste details over hoe die batterij zou werken. Het gaat ook in op de uitdagingen bij het op de markt brengen van de batterij.
Batterijprototype: In het hier getoonde apparaat worden twee slibachtige elektrodematerialen toegevoerd. Het anodemateriaal stroomt in de bovenste helft en de kathode stroomt in de bodem. Lithiumionen gaan van het ene materiaal naar het andere en elektronen stromen door de zwarte en rode draden.
Een groot probleem met de lithium-ionbatterijen die in elektrische voertuigen en plug-inhybrides worden gebruikt, is dat slechts ongeveer 25 procent van het batterijvolume wordt ingenomen door materialen die energie opslaan. De rest bestaat uit inactieve materialen, zoals verpakkingen, geleidende folies en lijmen, die de batterijen omvangrijk maken en een aanzienlijk deel van de kosten uitmaken.
24M is van plan om het inactieve materiaal in een batterij sterk te verminderen. Volgens schattingen in het nieuwe artikel zouden de batterijen bijna twee keer de energiedichtheid kunnen bereiken van de huidige batterijpakketten voor voertuigen. Accu's met een hogere energiedichtheid zouden kleiner en goedkoper zijn, waardoor elektrische en hybride auto's goedkoper zouden worden. De krant schat dat de batterijen slechts $ 250 per kilowattuur zouden kunnen kosten - minder dan de helft van wat ze nu kosten.
Een conventioneel batterijpakket bestaat uit honderden cellen. Elke cel bevat een stapel van vele dunne, vaste elektroden. Deze elektroden zijn gekoppeld aan stroomcollectoren van metaalfolie en van elkaar gescheiden door plastic folies. Het vergroten van de energieopslag vereist het toevoegen van meer lagen elektrodemateriaal, wat op zijn beurt meer lagen metaalfolie en plastic film vereist.
Het ontwerp van 24M maakt het mogelijk om de energieopslag te vergroten zonder de extra metaalfolie en plastic folie. Het belangrijkste verschil is dat de elektroden geen vaste films zijn die in een cel zijn gestapeld, maar slibachtige materialen die zijn opgeslagen in tanks - een voor het positieve elektrodemateriaal en een andere voor de negatieve elektrode.
De materialen worden uit de tanks in een klein apparaat gepompt, waar ze door kanalen bewegen die in blokken metaal zijn uitgehouwen. Als dit gebeurt, verplaatsen ionen zich van de ene elektrode naar de andere door hetzelfde soort scheidingsmateriaal dat in een conventionele batterij wordt gebruikt. Elektronen banen zich een weg uit het materiaal naar een extern circuit. In dit ontwerp is het vergroten van de energieopslag net zo eenvoudig als het vergroten van de opslagtanks - het apparaat waarmee de elektroden kunnen interageren, blijft even groot. Het ontwerp maakt ook de noodzaak weg om honderden cellen aan elkaar te bedraden om voldoende energieopslag te bereiken.
De nieuwe batterij is vergelijkbaar met een zogenaamde flow-batterij, waarin twee elektrolyten langs elkaar worden gepompt. Maar conventionele stroombatterijen zijn ongeveer 10 keer groter dan het nieuwe ontwerp omdat ze verdunde energieopslagoplossingen gebruiken, waardoor ze onpraktisch zijn voor gebruik in auto's.
De onderzoekers, onder leiding van Yet-Ming Chiang , een professor in materiaalkunde aan het MIT, en een oprichter van zowel A123 Systems als 24M, testte verschillende materialen voor de elektroden, waaronder lithiumkobaltoxide, dat veel wordt gebruikt in laptopbatterijen. Ze toonden aan dat het apparaat kan opladen en ontladen met de snelheden die nodig zijn in elektrische voertuigen, zegt Chiang.
Het artikel beschrijft ook hoe de onderzoekers een van de grootste uitdagingen van het ontwerp aanpakken: de elektrische lading uit het slib halen. In een gewone lithium-ioncel banen de elektronen zich een weg door door de verbonden geleidende deeltjes in de vaste elektrode te springen totdat ze een stroomcollector bereiken. In de nieuwe batterij zullen de elektronen niet door de elektrolyt stromen. Dus Chiang en collega's mengden koolstofdeeltjes op nanoschaal in het slib; de deeltjes vormen spontaan onderling verbonden netwerken in de vloeistof om paden te bieden voor de elektronen om te ontsnappen.
Er blijven uitdagingen voordat de batterij op de markt kan worden gebracht. De elektrische geleidbaarheid is nog steeds ongeveer 100 keer minder dan het zou moeten zijn in een praktisch systeem, zegt Chiang. Ook werkt hij aan het verhogen van de concentratie van actieve stoffen in het slib.
Jeff Dahn , een professor in de natuurkunde en scheikunde aan de Dalhousie University, merkt op dat om het vermogen te bereiken dat nodig is om een auto voort te stuwen, de elektrochemische cel nog steeds groot moet zijn: het scheidingsmateriaal zou een oppervlakte van ongeveer drie bij vier meter moeten beslaan . Het zou in hanteerbare stukken kunnen worden gesneden en gestapeld, maar dit zou het systeem ingewikkeld kunnen maken, en zelfs met deze benadering zou de cel omvangrijk kunnen zijn, zegt hij.
We boeken goede vooruitgang op het gebied van technologie, zegt 24M CEO Throop Wilder. De aanvaarding van het document is een sterke validatie van de fundamentele principes die onze ontwikkeling aandrijven. 24M bestaat uit ongeveer 20 medewerkers en heeft ongeveer $ 16 miljoen opgehaald.
Het is een heel slim apparaat, zegt Dahn. Ik weet niet of het ooit meer dan een idee in een krant zal zijn, maar Chiang heeft al eerder mensen verrast.