«Мы перестроили процесс», говорит все-же-Ming Чанг, профессор Kyocera Ceramics в MIT и соучредителе 24M (и ранее соучредителе компании батареи A123). Существующий процесс для производственных литий-ионных аккумуляторов, он говорит, едва изменился за эти два десятилетия, так как технология была изобретена и неэффективна с большим количеством шагов и компонентов, чем действительно необходимо.Новый процесс основан на понятии, развитом пять лет назад Чангом и коллегами включая В. Крэйга Картера, профессора POSCO Материаловедения и Разработки. В этой так называемой «батарее потока», электроды – приостановки крошечных частиц, которые несет жидкость и накачанных через различные отделения для батареи.
Новый дизайн батареи – гибрид между батареями потока и обычными твердыми: В этой версии, в то время как материал электрода не течет, он состоит из подобной полусерьезной, коллоидной приостановки частиц. Чанг и Картер называют это «полутвердой батареей».Более простой производственный процесс
Этот подход значительно упрощает производство, и также делает батареи, которые являются гибкими и стойкими к повреждению, говорит Чанг, который является ведущим автором статьи в Журнале Источников энергии, анализируя компромиссы, вовлеченные в выбор между телом и батареями типа потока, в зависимости от их конкретных заявлений и химических компонентов.Этот анализ демонстрирует, что, в то время как система клеточного содержания потока подходит для химии батареи с низкой плотностью энергии (те, которые могут только сохранить ограниченную сумму энергии для данного веса), для устройств высокой плотности энергии, таких как литий-ионные аккумуляторы, дополнительная сложность и компоненты системы потока добавили бы ненужные дополнительные расходы.Почти немедленно после публикации более раннего исследования в области батареи потока, Чанг говорит, «Мы поняли, что лучший способ использовать эту flowable технологию электрода состоял в том, чтобы перестроить [литий-ионный] производственный процесс».
Вместо стандартного метода применения жидких покрытий к рулону поддержки материала и затем необходимости ждать того материала, чтобы высохнуть, прежде чем это сможет двинуться в следующий технологический переход, новый процесс держит материал электрода в жидком состоянии и не требует никакой стадии сушки вообще. Используя меньше, более массивные электроды, система сокращает обычное количество архитектуры батареи отличных слоев, а также сумму нефункционального материала в структуре, на 80 процентов.Наличие электрода в форме крошечных приостановленных частиц вместо объединенных плит значительно уменьшает длину пути для заряженных частиц, когда они двигаются через материал – собственность, известная как «извилистость». Менее извилистый путь позволяет использовать более массивные электроды, который, в свою очередь, упрощает производство и понижает стоимость.
Сгибаемый и складнойВ дополнение к оптимизации производства достаточно, чтобы сократить издержки батареи наполовину, говорит Чанг, новая система производит батарею, которая более гибка и эластична. В то время как обычные литий-ионные аккумуляторы состоят из хрупких электродов, которые могут расколоться под напряжением, новая формулировка производит гальванические элементы, которые могут быть согнуты, свернуты или даже проникнуться пулями без провала.
Это должно повысить и уровень безопасности и длительность, говорит он.Компания до сих пор сделала приблизительно 10 000 батарей на своих сборочных конвейерах прототипа, большинство которых подвергается тестированию тремя промышленными партнерами, включая нефтяную компанию в Таиланде и японского производителя тяжелых оборудований IHI Corp. Процесс получил восемь патентов и имеет 75 дополнительных рассматривающихся патентов; 24M заработал $50 миллионов в финансировании от венчурных фирм и американского гранта Министерства энергетики.Компания первоначально сосредотачивается на установках масштаба сетки, используемых, чтобы помочь сгладить грузы власти и предоставить резервную копию для возобновляемых источников энергии, которые производят неустойчивую продукцию, такую как энергия ветра и солнечная энергия.
Но Чанг говорит, что технология также хорошо подходит для заявлений, где вес и объем ограничены, такой как в электромобилях.Другое преимущество этого подхода, Чанг говорит, состоит в том, что фабрики, используя метод могут быть расширены, просто добавив идентичные единицы. С традиционным литий-ионным производством заводы должны быть построены в крупном масштабе с начала, чтобы сдержать себестоимость единицы продукции, таким образом, они требуют намного больших расходов первоначального капитала.
К 2020 Чанг оценивает, что 24M будет в состоянии произвести батареи меньше чем за 100$ в час киловатта способности.Венкэт Висванэзэн, доцент машиностроения в Университете Карнеги-Меллон, который не был вовлечен в эту работу, говорит, что анализ, представленный в новой газете «, обращается к очень важному вопросу того, когда он лучше, чтобы построить батарею потока против статической модели.
Данная статья будет служить ключевым инструментом для совершения выбора дизайна и идти – никакие не идут решения».Висванэзэн добавляет, что новый дизайн батареи на 24 м «мог сделать тот же самый вид разрушения к [литий-ионным] батареям, производящим как, что мини-заводы сделали к интегрированным сталелитейным заводам».В дополнение к Чангу бумага Источников энергии была создана в соавторстве аспирантом Брэндоном Хопкинсом, преподавателем машиностроения Александром Слокумом и Кайлом Смитом из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне.
Работа была поддержана Центром американского Министерства энергетики Исследования Аккумулирования энергии, базирующегося в Национальной лаборатории Аргонна в Иллинойсе.