Tăng gấp đôi năng lượng Pin của Consumer Electronics
| Jerry Huang
New lithium pin kim loại có thể làm cho điện thoại thông minh, bay không người lái, và xe điện cuối cùng gấp đôi thời gian.
Một spinout MIT đang chuẩn bị để thương mại hóa pin kim loại lithium có thể sạc lại cuốn tiểu thuyết mà cung cấp tăng gấp đôi công suất năng lượng của pin lithium ion có nhiều sức mạnh của thiết bị điện tử tiêu dùng hiện nay.
Được thành lập vào năm 2012 bởi MIT cựu sinh viên và cựu postdoc Qichao Hồ '07, SolidEnergy Systems đã phát triển một pin lithium kim loại “anode-miễn phí” với nhiều tiến bộ vật chất mà làm cho nó gấp đôi năng lượng dày đặc, tuy nhiên cũng giống như an toàn và lâu dài như pin ion lithium được sử dụng trong điện thoại thông minh, xe điện, bị đeo được, bay không người lái, và các thiết bị khác.
“Với hai lần so với mật độ năng lượng, chúng ta có thể làm cho một nửa pin kích thước, nhưng điều đó vẫn kéo dài cùng một lượng thời gian, như một pin lithium ion. Hoặc chúng ta có thể làm cho một pin kích thước giống như một pin lithium ion, nhưng bây giờ nó sẽ kéo dài gấp đôi thời gian “, Hu, người đồng phát minh ra pin tại MIT và bây giờ là Giám đốc điều hành của SolidEnergy nói.
Pin chủ yếu giao dịch hoán đổi ra pin chung anode vật chất, graphite, cho rất mỏng, năng lượng cao lá lithium-kim loại, có sức chứa hơn ion - và, do đó, cung cấp công suất năng lượng hơn. sửa đổi hóa học để các chất điện phân cũng làm cho pin thường ngắn ngủi và dễ bay hơi lithium kim loại có thể sạc lại và an toàn hơn để sử dụng. Hơn nữa, pin được thực hiện sử dụng thiết bị sản xuất pin lithium ion hiện có, mà làm cho họ khả năng mở rộng.
Trong tháng 10 năm 2015, SolidEnergy chứng minh nguyên mẫu đầu tiên làm việc của một pin điện thoại thông minh lithium kim loại có thể sạc lại với mật độ năng lượng tăng gấp đôi, trong đó đã đưa họ hơn 12 triệu $ từ các nhà đầu tư. Tại một nửa kích thước của pin lithium ion được sử dụng trong một chiếc iPhone 6, nó cung cấp 2,0 giờ amp, so với 1,8 giờ amp các ion pin lithium của.
kế hoạch SolidEnergy mang pin đến điện thoại thông minh và các thiết bị đeo vào đầu năm 2017, và xe điện vào năm 2018. Tuy nhiên, ứng dụng đầu tiên sẽ bay không người lái, đến tháng mười một này. “Một số khách hàng đang sử dụng các máy bay và khinh khí cầu để cung cấp Internet miễn phí cho các nước đang phát triển, và kết quả điều tra cho cứu trợ thiên tai”, Hu nói. “Đó là một ứng dụng rất thú vị và quý phái.”
Đưa những pin mới trong xe điện cũng có thể đại diện cho “một tác động xã hội rất lớn”, Hu nói: “Tiêu chuẩn Công nghiệp là xe điện cần phải đi ít nhất 200 dặm trên một lần sạc. Chúng tôi có thể làm cho một nửa pin kích thước và một nửa trọng lượng, và nó sẽ đi du lịch cùng một khoảng cách, hoặc chúng ta có thể làm cho nó cùng kích thước và trọng lượng tương tự, và bây giờ nó sẽ đi 400 dặm trên một lần sạc.”
Tinh chỉnh “Chén thánh” của pin
Các nhà nghiên cứu có trong nhiều thập kỷ tìm cách làm cho pin lithium kim loại có thể sạc lại, bởi vì công suất năng lượng lớn hơn của họ, nhưng không có kết quả. “Nó là loại Chén thánh cho pin”, Hu nói.
Lithium kim loại, cho một, tạo ra phản ứng kém với chất điện của pin - một chất lỏng mà ứng xử ion giữa cathode (điện cực dương) và anode (điện cực âm) - và các hợp chất hình thức mà tăng sức đề kháng trong pin và giảm tuổi thọ chu kỳ. Phản ứng này cũng tạo ra va chạm rêu lithium kim loại, được gọi là tinh thể nhánh cây, trên anode, dẫn đến đoản mạch, tạo ra nhiệt độ cao mà đốt cháy chất điện phân dễ cháy, và làm cho pin thường nonrechargeable.
Các biện pháp thực hiện để làm cho pin an toàn hơn đi với chi phí hiệu suất năng lượng của pin, chẳng hạn như chuyển đổi ra các chất điện phân lỏng với một chất điện phân polymer rắn kém dẫn phải được gia nhiệt ở nhiệt độ cao để làm việc, hoặc với một chất điện phân vô cơ đó là khó khăn để mở rộng quy mô.
Trong khi làm việc như một postdoc trong nhóm của giáo sư MIT Donald Sadoway, một nhà nghiên cứu pin nổi tiếng đã phát triển một số muối nóng chảy và pin kim loại lỏng, Hu đã giúp thực hiện một số chính thiết kế và tiến bộ vật chất trong pin lithium kim loại, mà đã trở thành nền tảng của công nghệ SolidEnergy của.
Một sự đổi mới đã sử dụng một lá kim loại lithium siêu mỏng cho anode, đó là khoảng một phần năm chiều dày của một anode lithium kim loại truyền thống, và nhiều lần mỏng hơn và nhẹ hơn so với cực dương graphite, carbon, hoặc silicon truyền thống. Đó là thu nhỏ kích thước pin bằng một nửa.
Nhưng vẫn còn là một trở ngại lớn: Pin chỉ làm việc tại 80 độ C hoặc cao hơn. “Đó là một showstopper”, Hu nói. “Nếu pin không hoạt động ở nhiệt độ phòng, sau đó các ứng dụng thương mại được giới hạn.”
Vì vậy, ông Hồ Cẩm Đào đã phát triển một giải pháp lai điện rắn và lỏng. Ông bọc các lá kim loại lithium với một chất điện phân rắn mỏng mà không cần phải được đun nóng đến chức năng. Ông cũng tạo ra một chất điện phân lỏng quasi-ion cuốn tiểu thuyết đó không phải là dễ cháy, và có những thay đổi hóa học bổ sung cho các tách và di động thiết kế để ngăn chặn nó từ phản ứng tiêu cực với kim loại lithium.
Kết quả cuối cùng là một pin với Perks năng lượng dung lượng của pin lithium kim loại, nhưng với những tính năng an toàn và tuổi thọ của pin lithium ion có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng. “Kết hợp sơn vững chắc và mới cao hiệu quả vật liệu lỏng ion là cơ sở cho SolidEnergy ở phía bên công nghệ”, Hu nói.
Phước lành trong ngụy trang
Về phía doanh nghiệp, Hồ thường xuyên Trust Center Martin cho MIT Doanh nhân để đạt được cái nhìn sâu sắc có giá trị từ các cố vấn và các nhà đầu tư. Ông cũng tham gia vào khóa học 15,366 (Energy Ventures), nơi ông đã thành lập một nhóm nghiên cứu để phát triển một kế hoạch kinh doanh xung quanh pin mới.
Với kế hoạch kinh doanh của họ, đội giành giải nhất-diễn ra tại cuộc thi Accelerator MIT $ 100K Doanh nhân cạnh tranh, và là một chung kết trong giải thưởng Năng lượng sạch MIT. Sau đó, nhóm nghiên cứu đại diện MIT tại cuộc thi Giải thưởng Năng lượng sạch quốc gia tổ chức tại Nhà Trắng, nơi họ đặt thứ hai. Vào cuối năm 2012, ông Hồ Cẩm Đào đã được chuẩn bị để khởi động SolidEnergy, khi A123 Systems, nổi tiếng MIT spinout phát triển pin lithium ion tiên tiến, đã đệ đơn xin phá sản. Phong cảnh không nhìn tốt cho các công ty pin. “Tôi không nghĩ rằng công ty của tôi đã bị tiêu diệt, tôi chỉ nghĩ rằng công ty của tôi sẽ không bao giờ thậm chí bắt đầu”, Hu nói.
Nhưng đây là một chút của một phước lành trong ngụy trang: Thông qua kết nối MIT của Hồ Cẩm Đào, SolidEnergy đã có thể sử dụng A123 là cơ sở vật chất lúc bấy giờ nhàn rỗi trong Waltham - trong đó bao gồm khô và phòng sạch, thiết bị sản xuất - để nguyên mẫu. Khi A123 đã được mua lại bởi Wanxiang Group vào năm 2013, SolidEnergy ký một thỏa thuận hợp tác để tiếp tục sử dụng tài nguyên A123 của.
Tại A123, SolidEnergy đã buộc phải nguyên mẫu với hiện thiết bị lithium ion sản xuất - mà, cuối cùng, dẫn đầu khởi động để cuốn tiểu thuyết thiết kế, nhưng về mặt thương mại thực tế, pin. công ty pin với đổi mới chất liệu mới thường phát triển quy trình sản xuất mới xung quanh vật liệu mới, đó là không thực tế và đôi khi không thể mở rộng, Hu nói. “Nhưng chúng tôi đã buộc phải sử dụng vật liệu có thể được thực hiện vào dòng sản xuất hiện có,” ông nói. “Bằng cách bắt đầu với thực tế này sản xuất quan điểm và xây dựng pin thực tế, chúng tôi có thể hiểu được những gì tài liệu làm việc trong những quy trình, và sau đó trở về trước làm việc để thiết kế vật liệu mới.”
Sau ba năm chia sẻ không gian A123 tại Waltham, SolidEnergy tháng này dời trụ sở về một thương hiệu mới, nhà nước-of-the-art cơ sở thí điểm ở Woburn đó là lớn hơn gấp 10 lần - và “có thể chứa đôi cánh của một chiếc Boeing 747”, Hu nói - với mục tiêu của việc đẩy mạnh sản cho ra mắt tháng mười một của họ.
bài viết gốc được viết bởi Rob Matheson của MIT Tin tức Office trên 16 Tháng tám 2016.