211service.com
Snabbtestning ger högenergibatterimaterial
Med hjälp av en ny automatiserad metod för att snabbt bygga och testa tusentals battericeller, har Wildcat Discovery Technologies, en startup i San Diego, Kalifornien, utvecklat nya material som kan öka lagringskapaciteten för litiumjonbatterier för bilar och bärbar elektronik med mer än 25 procent.
Batterifab: Denna kapsling innehåller automatiserad utrustning för att bygga och testa hundratals batterier i veckan. Varje batteri är tillverkat av olika experimentmaterial.
Batterier baserade på de nya materialen kan utöka räckvidden för elfordon eller tillåta biltillverkare att behålla samma räckvidd men använda färre battericeller, vilket minskar kostnaden för batteripaketet, en elbils dyraste del. Arbete behöver fortfarande göras för att förbättra hållbarheten hos de nya materialen, men resultaten ger validering för Wildcats screeningteknik med hög genomströmning som gör det möjligt för forskare att snabbt sortera igenom kombinationer av material.
Screening med hög genomströmning är vanligt inom läkemedels- och kemisk industri för att upptäcka nya föreningar och katalysatorer, och tekniken har gjort intåg i batteriutveckling. Det som gör Wildcats process annorlunda är att den gör kompletta battericeller, inte bara enskilda delar av cellerna, såsom elektroderna. Detta är viktigt eftersom prestandan för ett givet material i cellen beror på hur det interagerar med de andra delarna. Med konventionella tillvägagångssätt får du många falska positiva och falska negativa, säger Steven Kaye , Wildcats chief scientific officer. Ett elektrodmaterial som ser lovande ut på egen hand kan misslyckas i en hel cell eftersom det interagerar med elektrolyter, tillsatser och den motsatta elektroden, säger han. Och en som ser medioker ut kan förbättras markant när den blandas med andra material i en cell.
Wildcats nya material, en variant av litiumkoboltfosfat, är ett som vanligtvis skulle ha förkastats eftersom det arbetar med en spänning som snabbt förstör batteriets elektrolyt, vätskan som leder litiumjoner mellan elektroderna. Men forskarna parade ihop materialet med många nya elektrolytrecept och upptäckte så småningom en som kunde överleva högspänningen. Totalt granskade företaget 4 000 material under en period på cirka fyra månader för att hitta det som fungerade.
Processen börjar med automatisk blandning av flytande prekursormaterial, följt av produktion av elektrodpulver med olika egenskaper, bildandet av elektrodfilmer och kombinationen av elektroderna, separatorn och elektrolyterna i en myntcell av det slag som finns i ur. batterier. Dessa celler testas och de bästa förbättras.
Möjligheten att sortera igenom tusentals materialkombinationer och införliva dem i kompletta battericeller är ganska imponerande, säger Jeff Dahn , en professor i fysik vid Dalhousie University som använder högkapacitetsmetoder för att studera batterimaterial. De har kommit långt på kort tid, säger han.
Wildcat grundades 2006 och har samlat in 16,5 miljoner dollar i riskfinansiering. Det har också intäkter från mer än 40 forskningsprojekt med stora tillverkare. Dess grundare inkluderar Peter Schultz, professor vid Scripps Research Institute och en pionjär inom kombinatorisk kemi med hög genomströmning.
Battericeller som använder Wildcats nya material skulle lagra cirka 60 procent mer energi i volym än litiumjärnfosfat celler, en typ som används av elfordonstillverkare. Jämfört med vissa batterier med högre energi som kan finnas i nästa generations elfordon, som de som använder en blandning av nickel, mangan och kobolt, kan de nya materialen ge en energiökning på mer än 25 volymprocent, säger Kaye .
Det är inte klart hur materialen kommer att påverka den totala batterikostnaden. Kapacitetsförbättringen kommer att sänka kostnaderna, och den högre spänningen i cellerna kommer att förenkla kabeldragningen i batteripaket, vilket också kommer att minska kostnaderna, men användningen av kobolt kommer att göra dem dyrare än litiumjärnfosfat. För att minska kostnaderna arbetar företaget med elektrodmaterial som ersätter nickel med kobolt.
De nya elektrolytformuleringarna som företaget har utvecklat kan öppna möjligheten att använda andra relativt högspänningselektrodmaterial, inklusive en klass av material som kallas fluorfosfater som, när de paras ihop med högpresterande motsatta elektroder, kan så mycket som fördubbla batterikapaciteten, Kaye säger.
Företaget producerar för närvarande testsatser av sina nya material och hoppas kunna licensiera tekniken till material- och batteriföretag, men hållbarheten på materialen behöver fortfarande förbättras. Efter 150 laddningscykler har elektrodmaterialets kapacitet minskat med 20 procent. För användning i bärbar elektronik måste batteriet hålla i några hundra cykler. För elbilar måste batteriet behålla 80 procent av sin lagringskapacitet i tusentals cykler.