Dua kali ganda kuasa bateri elektronik pengguna
| Jerry Huang
logam bateri litium baru boleh membuat telefon pintar, pesawat, dan kereta elektrik terakhir dua kali lebih lama.
An Spinout MIT sedang bersedia untuk mengkomersilkan bateri logam litium boleh dicas semula novel yang ditawarkan menggandakan kapasiti tenaga daripada bateri ion litium kuasa banyak elektronik pengguna hari ini.
Ditubuhkan pada tahun 2012 oleh MIT alumni dan bekas postdoc Qichao Hu '07, SolidEnergy Systems telah membangunkan bateri litium logam "anod bebas" dengan beberapa kemajuan material yang menjadikannya dua kali ganda tenaga padat, namun hanya sebagai selamat dan tahan lama sebagai bateri ion litium digunakan dalam telefon pintar, kereta elektrik, boleh dipakai, pesawat, dan peranti lain.
"Dengan dua kali ketumpatan tenaga, kita boleh membuat setengah bateri saiz, tetapi yang masih berlangsung jumlah yang sama masa, sebagai bateri ion litium. Atau kita boleh membuat bateri saiz yang sama seperti bateri ion litium, tetapi kini ia akan berlangsung dua kali lebih lama, "kata Hu, yang bersama mencipta bateri di MIT dan kini Ketua Pegawai Eksekutif SolidEnergy.
bateri dasarnya swap keluar bateri biasa bahan anod, grafit, untuk sangat nipis, tinggi tenaga foil lithium-logam, yang boleh memegang lebih ion - dan, dengan itu, menyediakan lebih banyak kapasiti tenaga. pengubahsuaian kimia untuk elektrolit juga membuat bateri biasanya kekal lama dan tidak menentu logam litium boleh dicas semula dan lebih selamat untuk digunakan. Selain itu, bateri dibuat menggunakan yang sedia ada ion litium peralatan pembuatan, yang menjadikan berskala mereka.
Pada bulan Oktober 2015, SolidEnergy menunjukkan prototaip pertama kali kerja litium logam telefon pintar bateri boleh dicas semula dengan ketumpatan tenaga dua kali, yang diperolehi mereka lebih daripada $ 12 juta daripada pelabur. Pada separuh saiz bateri ion litium digunakan dalam iPhone 6, ia menawarkan 2.0 jam amp, berbanding dengan 1.8 jam amp ion bateri lithium-kanak.
SolidEnergy rancangan untuk membawa bateri untuk telefon pintar dan boleh dipakai pada awal tahun 2017, dan untuk kereta elektrik pada 2018. Tetapi permohonan pertama akan menjadi pesawat, pada November ini. "Beberapa pelanggan menggunakan pesawat dan belon untuk menyediakan Internet percuma untuk negara-negara membangun, dan kaji selidik untuk bantuan bencana," kata Hu. "Ia adalah aplikasi yang sangat menarik dan mulia."
Meletakkan ini bateri baru dalam kenderaan elektrik dan juga boleh mewakili "kesan sosial yang besar," Hu berkata: "standard industri adalah bahawa kenderaan elektrik perlu pergi sekurang-kurangnya 200 batu atas tuduhan yang sama. Kita boleh membuat separuh bateri saiz dan setengah berat, dan ia akan bergerak pada jarak yang sama, atau kita boleh membuat saiz yang sama dan berat sama, dan kini ia akan pergi 400 batu atas tuduhan yang sama. "
Tweaker "kaedah berpotensi suci" bateri
Penyelidik mempunyai selama beberapa dekad berusaha untuk membuat bateri logam litium boleh dicas semula, kerana kapasiti tenaga yang lebih besar mereka, tetapi tidak berhasil. "Ia adalah jenis kaedah berpotensi suci untuk bateri," kata Hu.
Litium logam, untuk satu, bertindak balas dengan baik dengan elektrolit bateri - cecair yang laku ion antara katod (elektrod positif) dan anod (elektrod negatif) - dan bentuk sebatian yang peningkatan rintangan dalam bateri dan mengurangkan hayat kitaran. Tindak balas ini juga mewujudkan lebam berlumut logam litium, yang dipanggil dendrit, pada anod, yang membawa kepada litar pintas, menjana haba yang tinggi yang menyalakan elektrolit mudah terbakar, dan membuat bateri umumnya nonrechargeable.
Langkah-langkah yang diambil untuk membuat bateri lebih selamat datang pada harga prestasi tenaga bateri, seperti beralih daripada elektrolit cecair dengan elektrolit polimer pepejal kurang konduktif yang mesti dipanaskan pada suhu yang tinggi untuk bekerja, atau dengan elektrolit bukan organik yang sukar untuk skala.
Semasa bekerja sebagai postdoc dalam kumpulan profesor MIT Donald Sadoway, seorang penyelidik bateri terkenal yang telah membangunkan beberapa garam cair dan Bateri logam cecair, Hu membantu membuat beberapa reka bentuk utama dan kemajuan material dalam bateri litium logam, yang menjadi asas kepada teknologi SolidEnergy ini.
Salah satu inovasi telah menggunakan foil logam litium ultrathin untuk anod, iaitu kira-kira satu perlima ketebalan anod lithium logam tradisional, dan beberapa kali lebih nipis dan lebih ringan daripada anodes grafit, karbon, atau silikon tradisional. Yang merosot saiz bateri separuh.
Tetapi masih ada satu lagi tamparan hebat: Bateri hanya bekerja di 80 darjah Celsius atau lebih tinggi. "Itu adalah showstopper," kata Hu. "Jika bateri tidak berfungsi pada suhu bilik, kemudian aplikasi komersial adalah terhad."
Jadi Hu membangunkan penyelesaian hibrid elektrolit pepejal dan cecair. Beliau bersalut kerajang logam litium dengan elektrolit pepejal nipis yang tidak perlu dipanaskan untuk berfungsi. Beliau juga mencipta sebuah novel yang seakan-ion elektrolit cecair yang tidak mudah terbakar, dan mempunyai pengubahsuaian kimia tambahan untuk pemisah dan sel reka bentuk untuk menghentikannya daripada negatif bertindak balas dengan logam litium.
Hasil akhirnya adalah bateri dengan faedah tenaga kapasiti bateri litium logam, tetapi dengan ciri-ciri keselamatan dan jangka hayat bateri ion litium yang boleh beroperasi pada suhu bilik. "Dengan menggabungkan salutan pepejal dan baru kecekapan tinggi bahan-bahan cecair ionik adalah asas bagi SolidEnergy di sisi teknologi," kata Hu.
Rahmat
Di sebelah perniagaan, Hu sering Pusat Amanah Martin untuk MIT Keusahawanan untuk mendapatkan maklumat berharga daripada mentor dan pelabur. Beliau juga mendaftar di Padang 15,366 (Energy Ventures), di mana ia membentuk satu pasukan untuk membangunkan pelan perniagaan di seluruh bateri baru.
Dengan pelan perniagaan mereka, pasukan itu memenangi hadiah tempat pertama di Peraduan Accelerator yang $ 100K Pertandingan MIT Keusahawanan, dan menjadi finalis MIT Bersih Hadiah Tenaga. Selepas itu, pasukan yang diwakili MIT pada pertandingan Bersih Hadiah Tenaga kebangsaan yang diadakan di Rumah Putih, di mana mereka meletakkan kedua. Pada akhir 2012, Hu telah bersiap sedia untuk melancarkan SolidEnergy, apabila A123 Systems, MIT terkenal Spinout membangunkan bateri ion litium maju, memfailkan untuk muflis. landskap tidak kelihatan baik bagi syarikat bateri. "Saya tidak fikir syarikat saya telah ditakdirkan, saya hanya fikir syarikat saya akan tidak pernah bermula," kata Hu.
Tetapi ini adalah sebahagian dari satu rahmat: Melalui Kenalan MIT Hu, SolidEnergy dapat menggunakan A123 itu adalah kemudahan ketika itu terbiar di Waltham - termasuk kering dan bilik bersih, dan peralatan pembuatan - untuk prototaip. Apabila A123 telah dibeli oleh Wanxiang Group pada tahun 2013, SolidEnergy menandatangani perjanjian kerjasama untuk terus menggunakan sumber A123 ini.
Di A123, SolidEnergy terpaksa prototaip dengan yang sedia ada ion litium peralatan pembuatan - yang akhirnya membawa permulaan untuk reka bentuk novel, tetapi praktikal secara komersial, bateri. syarikat bateri dengan inovasi bahan baru sering membangunkan proses pembuatan baru di seluruh bahan-bahan baru, yang tidak praktikal dan kadang-kadang tidak berskala, Hu berkata. "Tetapi kita terpaksa menggunakan bahan-bahan yang boleh dilaksanakan ke dalam talian pembuatan yang sedia ada," katanya. "Dengan bermula dengan dunia sebenar ini perspektif pembuatan dan membina bateri dunia sebenar, kita dapat memahami apa bahan bekerja dalam proses-proses tersebut, dan kemudian ke belakang kerja untuk mereka bentuk bahan-bahan baru."
Selepas tiga tahun berkongsi ruang A123 di Waltham, SolidEnergy bulan ini memindahkan ibu pejabatnya ke satu jenama baru, state-of-the-art perintis di Woburn yang 10 kali lebih besar - dan "boleh menempatkan sayap dari Boeing 747" Hu berkata - dengan matlamat menambah pengeluaran untuk pelancaran November mereka.
Artikel asal ditulis oleh Rob Matheson MIT Berita Office pada 16 Ogos 2016.