Doubler Alimentation par batterie de l'électronique grand public
| Jerry Huang
Les nouvelles batteries au lithium métal pourraient faire les téléphones intelligents, les drones, et les voitures électriques deux fois plus longtemps.
Un MIT spinout se prépare à commercialiser une nouvelle batterie lithium métal rechargeable qui offre le double de la capacité énergétique des batteries au lithium-ion que beaucoup de puissance de l'électronique grand public d'aujourd'hui.
Fondée en 2012 par le MIT ancien élève et ancien postdoc Qichao Hu '07, Solid Energy Systems a développé une batterie lithium métal « sans anode » avec plusieurs avancées matérielles qui en font deux fois plus denses d'énergie, mais tout aussi sûr et durable comme batteries au lithium-ion utilisées dans les téléphones intelligents, des voitures électriques, des dispositifs portables, des drones, et d'autres dispositifs.
« Avec deux fois la densité d'énergie, nous pouvons faire une demi-batterie de la taille, mais qui dure toujours la même quantité de temps, comme une batterie lithium-ion. Ou nous pouvons faire une batterie de la même taille qu'une batterie lithium-ion, mais maintenant cela va durer deux fois plus longtemps « , dit Hu, qui a co-inventé la batterie au MIT et est maintenant PDG de Solid Energy.
La batterie essentiellement échanges sur un matériau d'anode de la batterie commune, de graphite, de très mince, une feuille de lithium-métal de haute énergie, qui peut contenir plus d'ions - et, par conséquent, de fournir une plus grande capacité d'énergie. Des modifications chimiques à l'électrolyte font également les batteries au lithium métal généralement de courte durée et volatile rechargeable et plus sûr à utiliser. De plus, les batteries sont effectuées à l'aide du matériel de fabrication existant au lithium-ion, ce qui les rend évolutive.
En Octobre 2015, a démontré le premier Solid Energy jamais prototype d'une batterie rechargeable smartphone lithium métal avec double densité d'énergie, ce qui leur a valu plus de 12 millions $ auprès d'investisseurs. A la moitié de la taille de la batterie lithium-ion utilisée dans un iPhone 6, il offre 2,0 heures d'ampli, par rapport à 1,8 ampères-heure de la batterie au lithium-ion.
plans pour amener les Solid Energy batteries pour téléphones intelligents et Wearables au début de 2017, et aux voitures électriques en 2018. Mais la première application sera drones, à venir Novembre. « Plusieurs clients utilisent des drones et des ballons pour fournir Internet gratuit au monde en développement, et à l'enquête pour les secours aux sinistrés, » dit Hu. «C'est une application très excitant et noble. »
Mettre ces nouvelles batteries dans les véhicules électriques et pourrait représenter « un énorme impact sur la société », dit Hu: « standard de l'industrie est que les véhicules électriques doivent aller au moins 200 miles sur une seule charge. Nous pouvons faire la moitié de la batterie de la taille et la moitié du poids, et il va parcourir la même distance, ou nous pouvons faire la même taille et même poids, et maintenant il va aller à 400 miles sur une seule charge « .
Peaufiner le « Saint Graal » des batteries
Les chercheurs ont depuis des décennies ont cherché à fabriquer des batteries rechargeables lithium métal, en raison de leur plus grande capacité énergétique, mais en vain. « Il est un peu le Saint-Graal pour les batteries », dit Hu.
métal de lithium, pour l'un, réagit mal avec l'électrolyte de la batterie - un ions liquide qui les mène entre la cathode (électrode positive) et l'anode (électrode négative) - et les composés formes que la résistance à l'augmentation de la batterie et de réduire la durée de vie de cycle. Cette réaction crée également des bosses métalliques de lithium moussues, appelés dendrites, sur l'anode, qui conduisent à des courts-circuits, générant de la chaleur élevée qui enflamme l'électrolyte inflammable, et faire généralement les piles non rechargeables.
Les mesures prises pour rendre les batteries plus sûr se faire au détriment de la performance énergétique de la batterie, telles que la mise hors circuit de l'électrolyte liquide avec un mal électrolyte polymère conducteur solide qui doit être chauffé à des températures élevées au travail, ou d'un électrolyte inorganique qui est difficile à Augmenter.
Tout en travaillant comme postdoc dans le groupe du professeur du MIT Donald Sadoway, chercheur de la batterie bien connue qui a développé plusieurs sel fondu et des batteries de métal liquide, Hu a contribué à faire plusieurs conception clés et les progrès matériels dans les batteries au lithium métal, qui est devenu la base de la technologie de Solid Energy.
Une innovation a utilisé une feuille de métal ultra-mince de lithium de l'anode, qui est d'environ un cinquième de l'épaisseur d'une anode de lithium métallique traditionnelle, et plusieurs fois plus mince et plus léger que le graphite traditionnels, carbone, ou des anodes en silicium. Ce rétrécis la taille de la batterie de moitié.
Mais il y avait encore un revers majeur: La batterie ne fonctionnait à 80 degrés Celsius ou plus. « Ce fut un Showstopper », dit Hu. « Si la batterie ne fonctionne pas à la température ambiante, puis les applications commerciales sont limitées. »
Ainsi, Hu a développé une solution électrolytique hybride solide et liquide. Il a revêtu la feuille de lithium métallique avec une fine électrolyte solide qui n'a pas besoin d'être chauffé à la fonction. Il a également créé un nouvel électrolyte liquide quasi-ionique qui est non inflammable, et présente des modifications chimiques supplémentaires à la conception de séparateur et d'une cellule pour l'empêcher de réagir négativement avec le métal de lithium.
Le résultat final est une batterie avec des avantages de capacité d'énergie de piles au lithium métal, mais avec les caractéristiques de sécurité et de longévité des batteries au lithium-ion qui peuvent fonctionner à la température ambiante. « La combinaison du revêtement solide et de nouveaux matériaux liquides ioniques à haut rendement a servi de base sur le côté Solid Energy de la technologie », dit Hu.
Bénédiction déguisée
Du côté des entreprises, Hu a fréquenté le Centre Martin d'affectation spéciale pour l'esprit d'entreprise MIT à acquérir de précieuses connaissances des mentors et des investisseurs. Il a également inscrit au cours 15,366 (Energy Ventures), où il a formé une équipe pour développer un plan d'affaires autour de la nouvelle batterie.
Avec leur plan d'affaires, l'équipe a remporté le premier prix au MIT $ 100K Entrepreneurship concours Accelerator de la concurrence, et a été finaliste au MIT Clean Energy Prize. Après cela, l'équipe a représenté MIT au concours national du prix d'énergie propre tenue à la Maison Blanche, où ils ont placé deuxième. À la fin de 2012, Hu se préparait à lancer Solid Energy, lorsque A123 Systems, le MIT bien connu SpinOut développement de batteries lithium-ion avancées, fait faillite. Le paysage n'a pas l'air bon pour les entreprises de la batterie. « Je ne pensais pas que ma compagnie était condamnée, je pensais juste que ma compagnie ne serait jamais même de commencer, » dit Hu.
Mais ce fut en quelque sorte une bénédiction déguisée: A travers les connexions MIT Hu, a pu Solid Energy utiliser le A123 ÉTABLISSEMENTS alors ralenti à Waltham - qui comprenait à sec et des chambres propres et la fabrication d'équipements - au prototype. Lorsque A123 a été acquis par Wanxiang Group en 2013, a signé un accord Solid Energy de collaboration pour continuer à utiliser les ressources de A123.
A A123, a été forcé de Solid Energy prototype avec un équipement de fabrication existant au lithium-ion - qui, en fin de compte, a conduit la mise en service des batteries nouvelle conception, mais commercialement pratique,. entreprises batterie avec de nouvelles innovations matérielles se développent souvent de nouveaux procédés de fabrication autour de nouveaux matériaux qui ne sont pas pratiques et parfois pas extensible, dit Hu. « Mais nous avons été obligés d'utiliser des matériaux qui peuvent être mises en œuvre dans la ligne de fabrication existante, » dit-il. « En commençant par cette perspective de fabrication dans le monde réel et la construction de batteries dans le monde réel, nous avons pu comprendre quels matériaux ont travaillé dans ces processus, puis vers l'arrière de travail pour concevoir de nouveaux matériaux. »
Après trois années de partage de l'espace de A123 à Waltham, Solid Energy ce mois-ci a déménagé son siège à une nouvelle marque, l'état de l'art de l'installation pilote à Woburn qui est 10 fois plus grand - et « peut loger les ailes d'un Boeing 747 » Hu dit - avec des objectifs de montée en puissance de production pour leur lancement Novembre.
Article original écrit par Rob Matheson Bureau du MIT Nouvelles le 16 Août, ici 2016.