Batterien
Veröffentlicht auf 17. Juli 2020 |
von Tina Casey
17. Juli 2020 durch Tina Casey
Sie sind also mit Ihrem sehr guten Elektrofahrzeug an Ihrer örtlichen Ladestation für Elektrofahrzeuge und warten auf Ihren Einsatz, während 100 andere EV-Fahrer vor Ihnen in einer Reihe stehen und auf ihren Einsatz warten. Dies ist das Alptraumszenario, wenn Millionen von Elektrofahrzeugen endlich den Markt überfluten. Aber das muss nicht so sein! Der Aufbau des Ladestationsnetzes ist ein Teil der Lösung. Die andere ist die Entwicklung von EV-Batterien, die eine bessere Leistung erzielen und schneller aufgeladen werden. Das US-Energieministerium hat anscheinend die geheime Sauce für das schnelle Laden von EVs gefunden.
Das US-Energieministerium ist entschlossen, Gasmobile mit mehr Geld abzutöten, um das Laden von Elektrofahrzeugen zu beschleunigen, indem bessere Batterien gebaut werden.
Eine geheime Sauce für ein schnelleres Aufladen von Elektrofahrzeugen
Die grundlegende Herausforderung bei der Beschleunigung der Ladezeiten von Elektrofahrzeugen besteht darin, ein Gleichgewicht zwischen Kosten und Leistung zu erreichen. EV-Batterien sind der Hauptgrund für die hohen Anschaffungskosten beim Kauf eines EV. Machen Sie diese Batterien noch teurer, und niemand wird einen EV kaufen wollen.
Seltsamerweise hat das Energieministerium während seiner gesamten Amtszeit ein aggressives Programm zur Unterstützung der Forschung und Entwicklung von Elektrofahrzeugen fortgesetzt, wobei Präsident * Trump häufig die Wunder der US-amerikanischen Öl- und Gasindustrie ankündigt (Kohle heutzutage weniger) Batteriekosten und Leistung.
Ein typisches Beispiel ist die gestrige Ankündigung, 139 Millionen US-Dollar für 55 verschiedene Projekte bereitzustellen Verbesserung der Fahrzeugeffizienz in allen möglichen Bereichen.
Gasmobile teilen einen Teil der Liebe, aber ein übergroßer Teil der Dollars – etwa 19 Millionen Dollar – fließt in sieben Projekte, die dies betreffen EV-Batterien mit Siliziumanoden.
Silizium! Wer wusste?
Warum Silizium für schnelleres Aufladen von Elektrofahrzeugen?
Wenn Sie Ihr Silizium kennen, wissen Sie, dass es die Elektrodenkapazität der EV-Batterie über den Bereich von Graphit, dem derzeit bevorzugten Material, deutlich erhöhen kann. Deshalb ist die Energieabteilung überall auf Silizium wie Weiß auf Reis.
Da es jedoch kein kostenloses Mittagessen gibt, ist es schwierig, Silikon richtig zu machen. Silizium ist pingeliger als Graphit und wird schneller abgebaut.
Bereits im Jahr 2017 tauchte die Energieabteilung tief in den Siliziumpool ein und gab einen Warnhinweis dazu ab Silizium in EV-Batterien.
„Die meisten Zellen, in denen eine erhebliche Menge Silizium verwendet wird, bieten (höchstens) 500 Tiefenentladungszyklen und eine Kalenderlebensdauer von weniger als zwei Jahren“, stellte die Agentur fest und fügte hinzu, dass „die Eigenschaften der Leistung bei niedrigen Temperaturen und der extrem schnellen Ladung in allen chemischen Bereichen fehlen . ”
Nun, das war es dann. Im selben Bericht identifizierte die Energieabteilung Wege zur Lösung des Problems, und die Forschung summt seitdem weiter.
"Wir sind an Silizium interessiert, weil es die Kapazität der Elektrode im Vergleich zu Graphit um den Faktor 10 erhöhen kann", erklärte Professor Koffi Pierre Yao von der University of Delaware im vergangenen Jahr. Professor Yao hat eine genaue Studie über gemacht Silizium-Graphit-Elektroden unter der Theorie, dass eine Mischung aus Silizium und Graphit eine schnellere Aufladung ohne Leistungsverlust erreichen könnte.
Dieses Interesse an Silizium könnte erklären, warum die Universität von Delaware einen Anteil von 1 Million US-Dollar am Topf des Energieministeriums festgenagelt hat, um „mechanisch konforme und chemisch stabile synthetische Festelektrolyt-Interphasen auf Silizium für Si-Anoden mit langen Zyklen zu entwickeln“.
Weitere 1 Million US-Dollar gehen an die Forschungsstiftung der SUNY Stony Brook University in New York für „vollständig fluorierte lokale hochkonzentrierte Elektrolyte, die eine Siliziumanode mit hoher Energiedichte ermöglichen“.
Die University of Maryland wiegt ebenfalls mit 1 Million US-Dollar für „Rational Electrolyte Design für Li-Ionen-Batterien mit mikrogroßen Siliziumanoden“.
Gasmobile durch Cleanmobile ersetzen
Das sind kleine Kartoffeln im Vergleich zu einer Gruppe von vier privaten Unternehmen, die Preise gewonnen haben.
Enovix aus Kalifornien gewann 3,2 Millionen US-Dollar für „strukturell und elektrochemisch stabilisierte siliciumreiche Anoden für Elektrofahrzeuganwendungen“. Das Unternehmen, das über 70 Patente und 40 weitere Patente mit einer 100% igen Siliziumanode verfügt, behauptet eine Erhöhung der Energiedichte je nach Zellgröße zwischen 40% und mehr als 100%.
Group 14 Technologies Inc. aus dem US-Bundesstaat Washington erhält fast 4 Millionen US-Dollar für „rational konzipierte Lithium-Ionen-Batterien zur Verdrängung von Verbrennungsmotoren“. Gruppe 14 geht den Silizium-Graphit-Weg, um a zu erreichen 30% Verbesserung der Lithium-Ionen-Batteriekosten ohne die Leistung zu beeinträchtigen.
Sila Nanotechnologies aus Kalifornien hat 4 Millionen US-Dollar für „Silicon-dominante Nanokomposit-Anoden mit extrem geringem Volumenwechsel für Lange Kalender- und Zykluslebensdauer. ” Das Unternehmen hat sich darauf konzentriert, die Kosten zu senken, ohne in neue Fertigungsanlagen investieren zu müssen.
„Unsere siliziumdominanten Anodenprodukte fügen sich in bestehende Batterieherstellungsprozesse ein, ersetzen Graphit vollständig und liefern auf Zellebene eine deutlich höhere Energiedichte bei geringerer Quellung“, erklärt Sila.
Solid Power aus Colorado rundet die Gruppe mit fast 4 Millionen US-Dollar für die Verwendung von „Solid State Lithium Ion Batteries“ ab Silizium-Verbundanoden. ”
Warten Sie, was ist das alles mit Festkörper-EV-Batterien für ein schnelleres Laden von Elektrofahrzeugen?
Wenn Festkörper-EV-Batterien eine Glocke läuten, haben wir nur darüber gesprochen, wie plötzlich alle über Festkörper-EV-Batterien sprechen. Die Festkörpertechnologie ist ein Schwerpunkt der Finanzierung des Energieministeriums für futuristische Energiespeicherprojekte, und Solid Power scheint im Trend eine zentrale Rolle zu spielen.
2017 hat sich das Unternehmen bei der Entwicklung von Festkörperbatterien mit der BMW Group zusammengetan und erst im vergangenen Jahr einen Vertrag mit der BMW Group abgeschlossen Ford Motor Company zu Herstellung von Festkörper-EV-Batterien Einsatz kostengünstiger Roll-to-Roll-Technologie.
Weitere Unterstützer des Produktionsunternehmens sind Volta Energy Technologies, Hyundai CRADLE, Samsung Venture Investment Corp., Sanoh Industrial Co., Solvay Ventures und A123 Systems.
Ford seinerseits ist sicherlich begeistert von den Aussichten für den Übergang von Gasmobilen zu Elektrofahrzeugen.
"Unsere Zusammenarbeit mit Solid Power ermöglicht es uns, weiter an einer wichtigen neuen Technologie zusammenzuarbeiten, die das Design und die Integration intelligenter Elektrofahrzeuge in die intelligente Welt von morgen wirklich verändern könnte", schwärmte Ken Washington, Fords Chief Technology Officer, bei der letzten Ankündigung des Solid Power-Vertrags Jahr.
Neben den Aussichten, das Laden von Elektrofahrzeugen zu beschleunigen, haben Solid Power und Ford eine Reihe von Verbesserungen gegenüber der herkömmlichen Li-Ionen-Technologie in Betracht gezogen, darunter:
Fünfzig Prozent höhere Energie im Vergleich zu aktuellen Lithium-Ionen, die aufgrund der Einfachheit des Designs auf Modul- und Pack-Ebene zunehmen können
Wesentlich verbesserte Sicherheit aufgrund der Eliminierung des brennbaren flüssigen Elektrolyten, wie er in Lithiumionen verwendet wird
Kostengünstige Akkupackdesigns durch: Minimierung der Sicherheitsmerkmale
Vereinfachtes Wärmemanagement
Hohe Herstellbarkeit aufgrund der erheblichen Kompatibilität mit der automatisierten Roll-to-Roll-Produktion nach Industriestandard
Süss.
Energieabteilung wirft kaltes Wasser auf fossile Energie Renaissance
Die wirtschaftliche Erholung nach COVID-19 wird von Minute zu Minute umweltfreundlicher, und es scheint, dass die Energieabteilung damit einverstanden ist.
Die Gesamtauswirkung des neuen Finanzierungszyklus von 139 Mio. USD wird darin bestehen, fossile Brennstoffe aus dem Mobilitätsmarkt zu verdrängen. Abgesehen von Projekten, die die Ladezeiten von Elektrofahrzeugen verbessern und die Betriebskosten für Elektrofahrzeuge senken, zielt der Finanzierungstopf auf die Effizienz von Öl und fossilen Brennstoffen aus verschiedenen Blickwinkeln ab, einschließlich neuer leichter Materialien und intelligenter Technologien, die den Verkehrsfluss erleichtern.
Verbesserungen beim Laden von Elektrofahrzeugen werden auch durch die neue „Energy Storage Grand Challenge“ der Agentur unterstützt.
Dann geht es um schnelleres, umweltfreundliches Laden von Elektrofahrzeugen mit Wasserstoffantrieb, aber das ist ein ganz neuer Fischkessel.
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Bild: Energiespeicher für Elektrofahrzeuge (Lawrence Berkeley National Laboratory, circa 2007).
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Über den Autor
Tina Casey ist spezialisiert auf militärische und unternehmerische Nachhaltigkeit, fortschrittliche Technologie, aufkommende Materialien, Biokraftstoffe sowie Wasser- und Abwasserprobleme. Die Artikel von Tina werden häufig auf Reuters, Scientific American und vielen anderen Websites erneut veröffentlicht. Die geäußerten Ansichten sind ihre eigenen. Folgen Sie ihr auf Twitter @ TinaMCasey und Google+.