211service.com
Snel testen levert energierijke batterijmaterialen op
Met behulp van een nieuwe geautomatiseerde aanpak voor het snel bouwen en testen van duizenden batterijcellen, heeft Wildcat Discovery Technologies, een startup in San Diego, Californië, nieuwe materialen ontwikkeld die de opslagcapaciteit van lithium-ionbatterijen voor auto's en draagbare elektronica met meer dan 25 procent.
Batterij fantastisch: Deze behuizing herbergt geautomatiseerde apparatuur voor het bouwen en testen van honderden batterijen per week. Elke batterij is gemaakt van verschillende experimentele materialen.
Batterijen op basis van de nieuwe materialen kunnen het bereik van elektrische voertuigen vergroten of autofabrikanten in staat stellen hetzelfde bereik te behouden, maar minder batterijcellen te gebruiken, waardoor de kosten van het batterijpakket, het duurste onderdeel van een elektrische auto, worden verlaagd. Er moet nog werk worden verricht om de duurzaamheid van de nieuwe materialen te verbeteren, maar de resultaten bieden validatie voor Wildcat's high-throughput screeningtechniek waarmee onderzoekers snel combinaties van materialen kunnen doorzoeken.
Screening met hoge doorvoer is gebruikelijk in de geneesmiddelen- en chemische industrie om nieuwe verbindingen en katalysatoren te ontdekken, en de techniek heeft zijn intrede gedaan in de ontwikkeling van batterijen. Wat het proces van Wildcat anders maakt, is dat het complete batterijcellen maakt, niet alleen afzonderlijke delen van de cellen, zoals de elektroden. Dit is belangrijk omdat de prestatie van een bepaald materiaal in de cel afhangt van hoe het in wisselwerking staat met de andere delen. Met conventionele benaderingen krijg je veel valse positieven en valse negatieven, zegt Steven Kaye , Wildcats wetenschappelijk directeur. Een elektrodemateriaal dat er op zichzelf veelbelovend uitziet, kan in een complete cel falen omdat het interageert met elektrolyten, additieven en de tegenovergestelde elektrode, zegt hij. En een die er middelmatig uitziet, kan aanzienlijk verbeteren wanneer deze wordt gemengd met andere materialen in een cel.
Het nieuwe materiaal van Wildcat, een variant van lithiumkobaltfosfaat, is er een die normaal zou zijn afgewezen omdat het werkt op een spanning die snel de elektrolyt van de batterij vernietigt, de vloeistof die lithiumionen tussen de elektroden geleidt. Maar de onderzoekers combineerden het materiaal met veel nieuwe elektrolytrecepten en ontdekten er uiteindelijk een die de hoogspanning kon overleven. In totaal heeft het bedrijf gedurende een periode van ongeveer vier maanden 4.000 materialen gescreend om degene te vinden die werkten.
Het proces begint met het automatisch mengen van vloeibare voorlopermaterialen, gevolgd door de productie van elektrodepoeders met verschillende eigenschappen, de vorming van elektrodefilms en de combinatie van de elektroden, separator en elektrolyten in een knoopcel van het soort dat in horloges wordt aangetroffen. batterijen. Deze cellen worden getest en de beste worden verbeterd.
De mogelijkheid om duizenden materiaalcombinaties te doorzoeken en ze op te nemen in complete batterijcellen is behoorlijk indrukwekkend, zegt Jeff Dahn , een professor in de natuurkunde aan de Dalhousie University die high-throughput-methoden gebruikt om batterijmaterialen te bestuderen. Ze hebben in korte tijd een lange weg afgelegd, zegt hij.
Wildcat is opgericht in 2006 en heeft $ 16,5 miljoen aan durfkapitaal opgehaald. Het heeft ook inkomsten uit meer dan 40 onderzoeksprojecten met grote fabrikanten. De oprichters zijn onder meer Peter Schultz, een professor aan het Scripps Research Institute en een pionier op het gebied van high-throughput combinatorische chemie.
Batterijcellen die de nieuwe materialen van Wildcat gebruiken, zouden ongeveer 60 procent meer energie per volume opslaan dan lithiumijzerfosfaat cellen, waarvan één type wordt gebruikt door fabrikanten van elektrische voertuigen. Vergeleken met sommige energierijkere batterijen die in elektrische voertuigen van de volgende generatie zouden kunnen zitten, zoals die welke een mix van nikkel, mangaan en kobalt gebruiken, zouden de nieuwe materialen een energietoename van meer dan 25 procent kunnen opleveren, zegt Kaye. .
Het is niet duidelijk hoe de materialen de totale batterijkosten zullen beïnvloeden. De verbetering van de capaciteit zal de kosten verlagen en de hogere spanning van de cellen zal de bedrading in batterijpakketten vereenvoudigen, wat ook de kosten zal verlagen, maar door het gebruik van kobalt worden ze duurder dan lithiumijzerfosfaat. Om de kosten te drukken werkt het bedrijf aan elektrodematerialen die kobalt vervangen door nikkel.
De nieuwe elektrolytformuleringen die het bedrijf heeft ontwikkeld, zouden de mogelijkheid kunnen openen om andere elektrodematerialen met een relatief hoog voltage te gebruiken, waaronder een klasse materialen die fluorfosfaten worden genoemd en die, in combinatie met krachtige tegenovergestelde elektroden, de batterijcapaciteit wel kunnen verdubbelen, Kaye zegt.
Het bedrijf produceert momenteel testbatches van zijn nieuwe materialen en hoopt de technologie in licentie te geven aan materialen- en batterijbedrijven, maar de duurzaamheid van de materialen moet nog worden verbeterd. Na 150 laadcycli is de capaciteit van het elektrodemateriaal met 20 procent afgenomen. Voor gebruik in draagbare elektronica moet de batterij een paar honderd cycli meegaan. Bij elektrische auto's moet de batterij gedurende duizenden cycli 80 procent van zijn opslagcapaciteit behouden.