Litiumjonbatterier har precis gjort ett stort steg i en liten produkt

WHOOP 4.0. SKRIKA

Ett materialföretag i Alameda, Kalifornien, har under det senaste decenniet arbetat för att öka energin som lagras i litiumjonbatterier, ett framsteg som skulle kunna möjliggöra mindre prylar och elfordon med mycket större räckvidd.

Sila har utvecklat kiselbaserade partiklar som kan ersätta grafiten i anoder och hålla mer av litiumjonerna som bär strömmen i ett batteri.

Nu levererar företaget sin produkt till marknaden för första gången, och tillhandahåller en del av anodpulvret i batteriet för den kommande Skrika 4.0, en träningsbärbar. Det är en liten enhet men potentiellt ett stort steg framåt för batteriområdet, där lovande labbresultat ofta inte översätts till kommersiell framgång.

Tänk på Whoop 4.0 som vår Tesla Roadster , säger Gene Berdichevsky, Silas VD, som som Teslas sjunde anställd hjälpte till att lösa några av de kritiska batteriutmaningarna för företagets första elfordon. Det är verkligen den första enheten på marknaden som bevisar detta genombrott.

Battericeller producerade med Silas kiselbaserade partiklar.

SILA

Företagets material, med en lätt hjälp från andra framsteg, ökade energitätheten i fitnesstrackerns batteri med cirka 17 %. Det är en betydande vinst på ett område som i allmänhet går framåt med några procentenheter per år.

Det motsvarar ungefär fyra års standardframsteg, men i ett stort hopp, säger Venkat Viswanathan, docent i maskinteknik vid Carnegie Mellon University.

Sila står fortfarande inför några verkliga tekniska utmaningar, men framstegen är ett lovande tecken på potentialen hos alltmer kapabla batterier för att hjälpa världen att gå bort från fossila bränslen när farorna med klimatförändringarna accelererar. Att öka mängden energi som batterier kan lagra gör det lättare för allt rena elkällor att driva fler av våra byggnader, fordon, fabriker och företag.

För transportsektorn kan ett mer energität batteri sänka kostnaderna eller utöka utbudet av elfordon, och åtgärda två av de största problemen som har avskräckt konsumenter från att ge upp sina bensinslukare. Det lovar också att leverera nätbatterier som kan spara mer energi från sol- och vindkraftsparker, eller konsumentprylar som håller längre mellan laddningarna.

Energitäthet är nyckeln till elektrifieringen av allting, säger Berdichevsky, an Innovatör under 35 under 2017.

När det gäller den nya träningsbärbara enheten, gjorde de nya batterimaterialen och andra förbättringar det möjligt för Boston-baserade Whoop att krympa enheten med 33 % samtidigt som den bibehöll fem dagars batteritid. Produkten är nu tillräckligt tunn för att kunna sättas in i smarta kläder och bäras som en klocka. Den börjar säljas 8 september.

Sila, som meddelade 590 miljoner dollar i finansiering i januari, har också partnerskap på plats för att utveckla batterimaterial för biltillverkare inklusive BMW och Daimler. Företaget har sagt att dess teknologi så småningom skulle kunna packa så mycket som 40 % mer energi i litiumjonbatterier.

Förebygga bränder

Berdichevsky intervjuade för och fick sitt jobb på Tesla före sitt sista år vid Stanford University, där han arbetade mot en examen i maskinteknik. Det slutade med att han spelade en nyckelroll i att ta itu med en potentiell existentiell risk för företaget: att en brand i något av de tusentals batterier som packats in i ett fordon skulle antända hela packningen.

Han startade ett program för att systematiskt utvärdera en serie batteripaketdesigner. Efter hundratals tester utvecklade företaget en kombination av batteriarrangemang, värmeöverföringsmaterial och kylkanaler som till stor del förhindrade skenande bränder.

Efter att Tesla lanserade Roadster kände Berdichevsky att han antingen måste satsa på ytterligare fem år för att se företaget genom utvecklingen av nästa fordon, Model S – eller passa på att prova något nytt.

Till slut bestämde han sig för att han ville bygga något eget.

Gene Berdichevsky, verkställande direktör och medgrundare av Sila.

DAVID PAUL MORRIS/SILA

Berdichevsky gick tillbaka till Stanford för ett masterprogram som studerade material, termodynamik och fysik, i hopp om att hitta sätt att förbättra lagring på grundläggande nivå. Efter examen tillbringade han ett år som entreprenör på Sutter Hill Ventures och letade efter idéer som kunde ligga till grund för hans egen verksamhet.

Under den tiden stötte han på en vetenskaplig papper identifiera en metod för att producera kiselbaserade partiklar för litiumjonbatterianoder.

Forskare har länge sett kisel som ett lovande sätt att öka energin i batterier, eftersom dess atomer kan binda med 10 gånger mer litiumjoner i vikt än vad grafit kan. Det betyder att de innehåller mycket mer av de laddade molekylerna som producerar den elektriska strömmen i ett batteri. Men kiselanoder tenderade att smulas sönder under laddning, eftersom de svällde för att rymma jonerna som pendlar fram och tillbaka mellan elektroderna.

Uppsatsen, medförfattare av Georgia Institute of Technology-professor Gleb Yushin, lyfte fram möjligheten att utveckla styva kiselmaterial med en porös kärna som kunde mer enkelt acceptera och släppa ut litiumjonerna .

Nästa år grundade Berdichevsky Sila tillsammans med Yushin och Alex Jacobs, en annan före detta Tesla-ingenjör.

Hinder och förseningar

Företaget tillbringade det kommande decenniet med att finjustera sina metoder och material och arbetade igenom mer än 50 000 upprepningar av kemin samtidigt som de skalade upp sin tillverkningskapacitet. Tidigt beslutade man sig för att utveckla drop-in-material som tillverkare av litiumjonbatterier kunde byta in, snarare än att följa den dyrare och mer riskfyllda vägen att själva tillverka kompletta batterier.

Sila har dock inte kommit så långt som den först hade hoppats på.

Efter att ha säkrat flera miljoner dollar från det amerikanska energidepartementets ARPA-E-division, berättade företaget vid ett tillfälle för forskningsbyrån att dess material kunde finnas i produkter 2017 och i fordon 2020. 2018, när Sila tillkännagav sitt avtal med BMW, det sa att dess partiklar kan hjälpa till att driva den tyska biltillverkarens elbilar till 2023.

Berdichevsky säger att företaget nu förväntar sig att vara i fordon mer som 2025. Han säger att det helt enkelt var svårare att lösa problemen med de sista milen än de förväntade sig. Utmaningarna inkluderade att arbeta med batteritillverkare för att få ut den bästa prestandan av de nya materialen.

Vi var naivt optimistiska om utmaningarna med att skala och få ut produkter på marknaden, sa han i ett mejl.

Whoop-nyheterna signalerar att Sila kunde konstruera partiklarna på ett sätt som erbjuder säkerhet, livscykler och andra riktmärken för batteriprestanda liknande de som uppnås i befintliga produkter.

Men det är anmärkningsvärt att Silas partiklar endast kommer att ge cirka 25% av kapaciteten i batteriets anod, med standardgrafitmaterial som ger resten.

Viswanathan säger att det större testet kommer att gå från att delvis till att helt ersätta grafiten. Det kräver en högre grad av precision och prestation, vilket han beskriver som skillnaden mellan att slå en dubbel och en homerun.

Dessutom, säger han, står företaget fortfarande inför betydande utmaningar, allt från konsumentenheter till de mer rigorösa kraven på elfordon. Bilar, lastbilar och bussar behöver energitäta, extremt säkra batterier som laddas snabbt och håller i många livscykler, bland annat. Problemet med batterikemi är att förbättring av materialen och processerna som ingår i en prestandastandard ofta kan komma på bekostnad av andra, säger Viswanathan.

Berdichevsky säger att Silas batterimaterial helt kommer att ersätta grafit i sin nästa kommersiella produkt, som han säger är låst och laddad med en partner som han ännu inte kan tillkännage. Och till skillnad från andra lovande batterimaterial som får press och investerares uppmärksamhet nuförtiden, som litiummetall , Silas kiselmaterial finns redan i produkter.

Vi är stora övertygande om att hopp och hype inte förändrar världen – sjöfarten gör det, säger han.

Dölj