مضاعفة طاقة البطارية من الالكترونيات الاستهلاكية
| Jerry Huang
بطاريات الليثيوم معدن جديدة يمكن أن تجعل الهواتف الذكية، والطائرات بدون طيار، والسيارات الكهربائية الماضي مرتين طالما.
وspinout MIT تستعد لتسويق بطارية معدن الليثيوم القابلة لإعادة الشحن الجديدة التي تقدمها مضاعفة سعة الطاقة من بطاريات الليثيوم أيون أن العديد قوة الالكترونيات الاستهلاكية اليوم.
تأسست في عام 2012 من قبل معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا خريج ومرحلة ما بعد الدكتوراه السابق كيشاو هو '07، وقد وضعت الأنظمة SolidEnergy بطارية الليثيوم معدن "خالية من الأنود" مع العديد من التطورات الجوهرية التي تجعل من ضعف الطاقة الكثيفة، ولكن تماما كما آمن ودائم-دام بطاريات ليثيوم أيون المستخدمة في الهواتف الذكية، والسيارات الكهربائية، والأجهزة القابلة للارتداء، طائرات بدون طيار، وغيرها من الأجهزة.
"و-مرتين كثافة الطاقة، يمكننا أن نجعل نصف بطارية حجم، ولكن هذا لا يزال يستمر في نفس المقدار من الوقت، وبطارية ليثيوم أيون. أو يمكننا أن نجعل بطارية نفس حجم بطارية ليثيوم أيون، ولكن الآن وسوف تستمر مرتين طالما "، كما يقول هو، الذي شارك في اختراع البطارية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وهو الآن الرئيس التنفيذي لشركة SolidEnergy.
البطارية مقايضة أساسا من بطارية المشتركة مادة الأنود، الجرافيت، لرقيقة جدا، وارتفاع الطاقة احباط الليثيوم والمعادن، والتي يمكن اجراء المزيد من أيونات -، وبالتالي توفير المزيد من الطاقة الإنتاجية. التعديلات الكيميائية لالمنحل بالكهرباء أيضا أن يجعل من البطاريات عادة عمرا قصيرا ومتقلبة معدن الليثيوم القابلة لإعادة الشحن وأكثر أمانا للاستخدام. وعلاوة على ذلك، يتم إجراء البطاريات باستخدام معدات تصنيع يثيوم أيون الحالية، مما يجعلها قابلة للتطوير.
في أكتوبر عام 2015، أظهرت SolidEnergy على نموذج العمل أول من بطارية قابلة للشحن الهاتف الذكي معدن الليثيوم مع كثافة الطاقة المزدوجة، التي حصل عليها أكثر من 12 مليون $ من المستثمرين. في نصف حجم بطارية ليثيوم أيون المستخدمة في 6 فون، فإنه يوفر 2.0 أمبير ساعة، مقارنة مع ساعات أمبير البطارية ليثيوم أيون 1.8.
خطط SolidEnergy لجلب بطاريات لهواتف الذكية والأجهزة القابلة للارتداء في وقت مبكر من عام 2017، وإلى السيارات الكهربائية في عام 2018. ولكن التطبيق الأول سيكون طائرات بدون طيار، القادمة في نوفمبر القادم. "العديد من العملاء يستخدمون الطائرات بدون طيار ومناطيد لتوفير الإنترنت المجاني إلى العالم النامي، ومسح للاغاثة من الكوارث"، كما يقول هو. واضاف "انها تطبيق مثيرة جدا ونبيلة."
وضع هذه البطاريات الجديدة في السيارات الكهربائية، وكذلك يمكن أن تمثل "تأثير اجتماعي كبير"، ويقول هو: "معيار الصناعة هو أن السيارات الكهربائية بحاجة الى الذهاب لا يقل عن 200 ميلا على اتهام واحد. يمكننا أن نجعل من نصف بطارية حجم ونصف وزنه، وأنه سوف يسافر مسافة واحدة، أو أننا يمكن أن تجعل من نفس الحجم ونفس الوزن، والآن أنها سوف تذهب 400 ميل على تهمة واحدة. "
التغيير والتبديل في "الكأس المقدسة" من البطاريات
الباحثين على مدى عقود سعت إلى جعل بطاريات الليثيوم المعادن القابلة لإعادة الشحن، بسبب قدرة أكبر من الطاقة، ولكن دون جدوى. "إنه نوع من الكأس المقدسة بالنسبة للبطاريات" يقول هو.
معدن الليثيوم، لأحد، ويتفاعل بشكل سيئ مع بالكهرباء والبطارية - السائل الذي التصرفات أيونات بين الكاثود (القطب الموجب) والأنود (القطب السالب) - والمركبات أشكال هذه الزيادة المقاومة في البطارية وتقليل دورة الحياة. كما يخلق هذا التفاعل المطبات المطحلب معدن الليثيوم، ودعا التشعبات، على الأنود، والتي تؤدي إلى دوائر قصيرة، وتوليد الحرارة العالية التي يشعل بالكهرباء قابل للاشتعال، وجعل البطاريات nonrechargeable عموما.
التدابير المتخذة لجعل البطاريات أكثر أمنا تأتي على حساب أداء الطاقة في البطارية، مثل التحول من بالكهرباء السائل مع بالكهرباء البوليمر الصلب سيئة موصل التي يجب أن تكون ساخنة في درجات حرارة عالية في العمل، أو مع بالكهرباء غير العضوية التي يصعب زيادة.
بينما يعمل مرحلة ما بعد الدكتوراه في المجموعة أستاذ MIT دونالد سادواي، وهو باحث البطارية المعروفة الذي وضعت العديد من الملح المنصهر والبطاريات المعدنية السائلة، ساعد هو جعل العديد من تصميم مفتاح والتقدم المادي في بطاريات الليثيوم المعدنية، والتي أصبحت الأساس لل تكنولوجيا SolidEnergy ل.
واحد الابتكار كان يستخدم لاحباط معدن الليثيوم سامسونج للالأنود، وهي عبارة عن خمس سمك الأنود معدن الليثيوم التقليدية، وعدة مرات أرق وأخف وزنا من الأنودات الجرافيت، والكربون، أو السيليكون التقليدية. أن تقلص حجم البطارية إلى النصف.
ولكن لا يزال هناك نكسة كبيرة: البطارية يعمل فقط على 80 درجة مئوية أو أعلى. "، وكان ذلك showstopper" يقول هو. واضاف "اذا كانت البطارية لا تعمل في درجة حرارة الغرفة، ثم التطبيقات التجارية تقتصر".
وضعت لذلك هو حل هجين بالكهرباء الصلبة والسائلة. ومغلفة احباط معدن الليثيوم مع بالكهرباء صلبة رقيقة التي لا تحتاج إلى أن يكون ساخنا على وظيفة. كما انه خلق شبه الأيونية المنحل بالكهرباء السائل الرواية غير قابلة للاشتعال، ولها التعديلات الكيميائية إضافية إلى فاصل وخلية تصميم لمنعه من رد فعل سلبيا مع معدن الليثيوم.
وكانت النتيجة النهائية بطارية مع الامتيازات القدرات الطاقة من بطاريات الليثيوم معدن، ولكن مع مزايا السلامة وطول العمر من بطاريات الليثيوم أيون التي يمكن أن تعمل في درجة حرارة الغرفة. "الجمع بين طلاء الصلب والجديدة عالية الكفاءة المواد السائلة الأيونية كان الأساس لSolidEnergy على الجانب التكنولوجيا"، كما يقول هو.
نعمة متنكرة
على الجانب التجاري، يتردد هو جين تاو مركز التوثيق مارتن لMIT ريادة الأعمال للحصول على معلومات قيمة من الموجهين والمستثمرين. التحق أيضا في دورة 15.366 (مشاريع الطاقة)، حيث شكل فريقا لوضع خطة عمل حول البطارية الجديدة.
مع خطة أعمالهم، وفاز الفريق بجائزة المركز الأول في مسابقة مسرع معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا $ 100K ريادة الأعمال المنافسة، ووكان الدور النهائي في جائزة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الطاقة النظيفة. بعد ذلك، يمثل فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في مسابقة وطنية جائزة الطاقة النظيفة الذي عقد في البيت الأبيض، حيث صاحب المركز الثاني. في أواخر عام 2012، كان هو يستعد لإطلاق SolidEnergy، عندما spinout A123 النظم، MIT المعروفة تطوير بطاريات الليثيوم أيون المتقدمة، للافلاس. إلا أن المشهد لا تبدو جيدة للشركات البطارية. "لم أكن أعتقد كان محكوما شركتي، أنا بس شركتي لن حتى تبدأ" يقول هو.
ولكن هذا كان نوعا من نعمة مقنعة: من خلال الاتصالات MIT هو جين تاو، وكان قادرا على استخدام A123 SolidEnergy من مرافق آنذاك خمول في والثام - التي شملت الجافة وغرف نظيفة، وتصنيع المعدات - إلى النموذج. عندما تم شراؤها من قبل مجموعة A123 وان شيانغ في عام 2013، وقعت SolidEnergy اتفاق تعاون لمواصلة استخدام الموارد A123 ل.
في A123، واضطر SolidEnergy إلى النموذج مع المعدات الموجودة يثيوم أيون تصنيع - والتي، في نهاية المطاف، قاد بدء التشغيل لرواية التصميم، ولكن عملي تجاريا، والبطاريات. الشركات البطارية مع الابتكارات المادية الجديدة وغالبا ما تضع عمليات تصنيع جديدة حول المواد الجديدة، والتي هي غير عملي، وأحيانا لا متدرجة، يقول هو. واضاف "لكن اضطررنا لاستخدام المواد التي يمكن تنفيذها في خط تصنيع القائم" كما يقول. "بواسطة بدءا من هذا العالم الحقيقي تصنيع منظور وبناء البطاريات في العالم الحقيقي، كنا قادرين على فهم ما عملت المواد في تلك العمليات، ومن ثم إلى الوراء العمل على تصميم مواد جديدة."
بعد ثلاث سنوات من تقاسم مساحة A123 في التايم، SolidEnergy انتقل هذا الشهر مقرها إلى العلامة التجارية الجديدة، للدولة من بين الفن منشأة تجريبية في برن هذا أكبر 10 مرات - يقول و"يمكن إيواء جناحي طائرة بوينغ 747" هو جين تاو - مع أهداف تكثف الانتاج لإطلاق نوفمبر بهم.
المقال الأصلي الذي كتبه روب ماثيسون من MIT مكتب أنباء على 16 أغسطس 2016.