211service.com
Opstarten biedt betere lithiumbatterijen
Een Californisch bedrijf genaamd Envia Systems ontwikkelt een batterij die belooft twee keer zoveel energie op te slaan als lithium-ionbatterijen - het soort dat doorgaans wordt gebruikt in elektrische auto's.
Het kathodemateriaal van Envia kan in verschillende vormfactoren worden gebruikt, waaronder traditionele cilindrische cellen (afgebeeld), evenals het type cellen dat in voertuigen wordt aangetroffen.
Envia heeft investeringen ontvangen van General Motors, dat de komende jaren een van de grootste kopers van lithium-ionbatterijen voor auto's zou kunnen zijn dankzij een geplande reeks plug-in-auto's, waaronder de Chevy Volt. De venture capital-tak van de automaker, GM Ventures, kondigde vorige maand een investering van $ 7 miljoen in de startup aan.
Envia zegt dat zijn batterijen de kosten van plug-in-voertuigen kunnen verlagen door de behoefte aan dure metalen te verminderen en door het aantal cellen te verminderen dat nodig is om een bepaalde hoeveelheid energie in het batterijpakket van een voertuig op te slaan. In de huidige batterijen bestaat er een onbalans tussen de twee elektroden: de anoden zijn uitgerust om veel meer lading op te nemen dan de kathoden kunnen leveren. De batterijen van Envia gebruiken een kathode die rijk is aan mangaan, waardoor deze meer lading kan vasthouden.
Elton Cairns , een professor in chemische technologie aan de University of California, Berkeley, zegt dat een op mangaan gebaseerde kathode inderdaad zou moeten helpen de batterijkosten te verlagen. De meeste andere oxidecellen bevatten kobalt, wat duur is, zegt hij. Er zijn echter al enkele batterijen die weinig of geen kobalt bevatten.
Het recept van Envia omvat mangaanrijke kathoden met hoge capaciteit en een gelaagde gelaagde composietstructuur (gemaakt met twee verschillende gelaagde componenten) op basis van technologie onder licentie van Argonne National Laboratory.
Volgens Jon Lauckner, president van GM Ventures, hebben GM, Envia en andere bedrijven verschillende patenten in licentie gegeven van één familie van intellectueel eigendom met betrekking tot mangaanrijke, gelaagde, gelaagde composietkathodetechnologie.
De huidige versie van GM's Volt maakt gebruik van lithium-ionbatterijen gemaakt met lithium-mangaan spinel-kathoden (spinel verwijst naar de driedimensionale rangschikking van atomen in het materiaal). Het kathodemateriaal heeft actieve componenten, waardoor lithiumionen bewegen wanneer de batterij wordt opgeladen of ontladen, en inactieve componenten, die helpen het actieve materiaal te stabiliseren en de levensduur van de batterij te verlengen - een essentiële kwaliteit in batterijen voor elektrische auto's.
De kathode van Envia gebruikt relatief goedkope materialen. Hoewel de kosten in dezelfde marge liggen als wat celfabrikanten tegenwoordig gebruiken, zegt Lauckner, zou het materiaal een verbetering van een derde in de energiedichtheid op celniveau kunnen opleveren in vergelijking met wat er tegenwoordig op de markt is. Dit cijfer is gebaseerd op gegevens van een prototype dat Envia heeft ontworpen voor een specifieke GM-voertuigtoepassing.
Envia is ook begonnen te werken aan meer anodes met een hogere energiedichtheid, met a $ 4 miljoen subsidie van het Advanced Research Projects Agency-Energy van het Amerikaanse Department of Energy. Vorig jaar ging Envia, in samenwerking met Argonne, aan de slag om silicium-koolstof nanocomposietanoden te ontwikkelen met het idee om ze te integreren met kathodes met hoge capaciteit en processen te bedenken om de productie op te schalen naar grote volumes.
In de komende drie jaar hoopt Envia een batterij te ontwikkelen voor volledig elektrische voertuigen. We zullen de energiedichtheid zo hoog mogelijk maken door variabelen zoals coatings, porositeit en samenstelling van het materiaal aan te passen, zegt Michael Sinkula, medeoprichter en hoofd van bedrijfsontwikkeling van Envia. Envia kreeg in december een contract van $ 3,65 miljoen toegekend door het United States Advanced Battery Consortium (een coalitie tussen Chrysler, Ford en General Motors) om dit initiatief te nemen.
Uiteindelijk is het doel van Envia om een batterij te bouwen met een capaciteit van meer dan 400 wattuur per kilogram, een verdrievoudiging van de huidige autobatterijen, aldus Sinkula. Momenteel, zegt hij, laten de beste laboratoriumresultaten van Envia meer dan 300 wattuur per kilogram zien. Maar Sinkula gelooft dat met een nieuw anodemateriaal dat past bij het potentieel van de kathode van het bedrijf, het hogere doel zal worden bereikt.
Als die 300 echt is, zegt Cairns, zou dat een aanzienlijke verbetering zijn. Maar hij zegt dat deze prestatie moet worden aangetoond en geverifieerd door een derde partij. Zelfs na onafhankelijke verificatie zal er een groot vraagteken blijven hangen bij Envia's belofte om een betere batterij te leveren totdat het cellen in grotere volumes begint te produceren. Cairns zegt dat totdat je een bepaald niveau van industriële productie hebt - vele duizenden cellen per jaar - je niet echt de kans hebt om te testen onder het scala aan omstandigheden, zoals hoge en lage temperaturen en snel opladen, dat een commercieel product zal moeten weerstaan.