24M:s batterier kan bättre utnyttja vind- och solenergi

Litiumjonbatterier driver allt från smartphones till elfordon. De är väl lämpade för jobbet eftersom de är mindre och lättare, laddas snabbare och håller längre än andra batterier. Men de är också komplexa och därmed dyra att tillverka, vilket har hindrat massintroduktionen av elektriska transporter och storskalig energilagring.

Ändå tror-Ming Chiang att hans startup 24M har svaret. Nyckeln är en halvfast elektrod. I ett konventionellt litiumjonbatteri staplas eller rullas många tunna lager av elektroder ihop för att producera en cell. Litiumjonbatterier är den enda produkten jag känner till förutom baklava där man staplar så många tunna lager för att bygga upp volym, säger Chiang, som är medgrundare och chefsforskare vid 24M samt professor i materialvetenskap vid MIT. Vårt mål är att göra ett litiumjonbatteri genom den enklaste processen som möjligt.

Den här historien var en del av vårt julinummer 2016

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Chiangs innovation, som utvecklades i hans MIT-labb, är en elektrod som bildas genom att blanda pulver med en flytande elektrolyt för att göra en sliskig slurry. Designen gör det möjligt för 24M att öka mängden energilagrande material i ett batteri och ge det 15 till 25 procent mer kapacitet än konventionella litiumjonbatterier av samma storlek.

Se resten av paketet

• 50 smartaste företagen

Den nya designen är också snabbare och billigare att göra. Typiska stora fabriker för tillverkning av litiumjonbatterier kostar cirka 100 miljoner dollar att bygga, delvis på grund av att det behövs specialiserade maskiner för att belägga, torka, skära och komprimera elektrodfilmen. Eftersom dess halvfasta elektrod inte kräver dessa steg, säger 24M, kan dess batterier produceras på en femtedel av tiden och i mycket mindre anläggningar.

Om tekniken lyckas kan 24M vara bland de första företagen att minska kostnaden för litiumjonbattericeller till mindre än 100 USD per kilowattimme, från 200 USD till 250 USD idag. Det är den punkt då elbilar kan konkurrera med förbränningsfordon på kostnadsnivå.

För att nå det målet till 2020 måste 24M skala upp från sin befintliga pilottillverkningslinje i Cambridge, Massachusetts, till tillverkning av stora volymer. Företaget planerar att bygga en fabrik under 2017, troligen i samarbete med ett stort industriföretag, och lansera sin första produkt i början av 2018. Man hoppas att elbolagen kommer att köpa sina batterier för att lagra el från vind- och solkraftsparker och leverera ström under hög efterfrågan timmar.

En tekniker analyserar pulvret som kommer att gå in i slammet som kommer att bli batteriets katod. Processen involverar blandning av pulverformiga material (litiumjärnfosfat, grafit) med en patenterad flytande elektrolyt.

Den halvfasta elektroden har en degliknande konsistens och kan deformeras utan att gå sönder eller fatta eld. Företaget hävdar att denna höga missbrukstolerans gör dess design till det säkraste litiumjonbatteriet som någonsin gjorts.

Den halvfasta elektroden har en degliknande konsistens och kan deformeras utan att gå sönder eller fatta eld. Företaget hävdar att denna höga missbrukstolerans gör dess design till det säkraste litiumjonbatteriet som någonsin gjorts.

Denna maskin, utvecklad 2014 som en del av 24M:s pilottillverkningslinje, tillverkar batteriets anod och katod separat och kombinerar dem sedan till en cell. Processen tar mindre än två minuter.

Först matar maskinen ut foliebitar. Därefter applicerar den slam. Sedan lägger maskinen till batteriets separator – porös plast som förhindrar elektriska kortslutningar – och förenar anoden med dess katodkompis. Detta skapar en enhetscell, som innehåller allt batteriet behöver för att fungera men som saknar sin slutliga förpackning.

Först matar maskinen ut foliebitar. Därefter applicerar den slam. Sedan lägger maskinen till batteriets separator – porös plast som förhindrar elektriska kortslutningar – och förenar anoden med dess katodkompis. Detta skapar en enhetscell, som innehåller allt batteriet behöver för att fungera men som saknar sin slutliga förpackning.

Enhetsceller staplas för att öka batterikapaciteten. Tekniker svetsar sedan ihop cellernas flikar för att skapa en stapelcell och vakuumförsegla den inuti en aluminiumpåse. Svetsning och förpackning är två av få processer som 24M inte har automatiserat på sin pilotlinje.

Enhetsceller är staplade för att öka batterikapaciteten. Tekniker svetsar sedan ihop cellernas flikar för att skapa en stapelcell och vakuumförsegla den inuti en aluminiumpåse. Svetsning och förpackning är två av få processer som 24M inte har automatiserat på sin pilotlinje.

Batterier väntar före och efter testning. Det tar bara några timmar att gå från råvaror till batterier redo för testning, enligt 24M. I en konventionell litiumjonfabrik skulle den processen ta ungefär en vecka.

Företaget pratar också med elbilstillverkare, men anser att elbilar är ett sekundärt fokus. Det är förståeligt att Chiang skulle trampa försiktigt på den marknaden. A123 Systems, ett batteriföretag som han var med och grundade, ansökte om konkursskydd 2012 efter att ha spenderat för mycket pengar på att bygga stora batterifabriker för att leverera till biltillverkare. Däremot, säger Chiang, är 24M:s tillverkningsteknik designad för att vara modulär och effektivare skalas upp om det behövs.

Dölj