Per pastaruosius 25 metus didžiausias elektromobilio nuvažiuotas atstumas vienu įkrovimu padidėjo nuo maždaug 260 kilometrų iki šiek tiek daugiau nei 800 km. Šios pažangios baterijos vis dažniau pradėjo kaupti energiją iš tinklo ar atsinaujinančių šaltinių, kad būtų galima aprūpinti namus ar verslą. Todėl nenuostabu, kad pasaulinė automobilių akumuliatorių rinka viršijo 50 milijardų JAV dolerių per metus ir didėja spaudimas gaminti daugiau dar geresnių akumuliatorių.
Dabar kelios įmonės taiko nusistovėjusią cheminę techniką, vadinamą atominio sluoksnio nusodinimu (ALD), kad padengtų akumuliatorių elektrodus metalo oksidais arba nitridais, kurie, jų teigimu, pagerina ličio jonų baterijų energijos talpą ir tarnavimo laiką. Tokios įmonės yra „Thornton“, Kolobrijoje, įsikūrusi „Forge Nano“, „Picosun“ (visiškai priklausanti „Santa Clara“, Kalifornijoje įsikūrusi „Applied Materials“ dukterinė įmonė) ir „Beneq“ Espo mieste, Suomijoje; jie naudoja techniką, kuri iš pradžių buvo sukurta septintajame dešimtmetyje. Daugelį metų tobulinusios atitinkamus procesus šios bendrovės dabar tikisi įgyti jėgą elektromobilių ir išmaniųjų telefonų baterijų rinkose, kuriose dominuoja tokie milžinai kaip CATL, Panasonic ir Samsung.
Atrodo, kad iš trijų „Forge Nano“ yra labiausiai išvystyta technologija. Neseniai ji paskelbė, kad jos dukterinė įmonė „Forge Battery“ pradėjo siųsti klientams išbandyti baterijos elemento prototipo pavyzdžius, pagamintus iš ALD dengtų medžiagų. Bendrovė teigia, kad jos patentuota ALD formulė, kurią ji vadina Atomic Armor, pagerina baterijų elektrodų energijos kaupimą ir padeda jiems tarnauti ilgiau.
Kas patenka į ličio jonų bateriją?
Šiuolaikinėse elektrinėse transporto priemonėse ir išmaniuosiuose telefonuose esančios baterijos susideda iš trijų pagrindinių komponentų. Anodas arba neigiamas elektrodas, paprastai pagamintas iš grafito, yra vieta, kur įkrovimo proceso metu saugomi ličio jonai. Katodas (teigiamas elektrodas) yra pagamintas iš ličio-metalo oksido, pavyzdžiui, ličio kobalto oksido arba ličio-geležies fosfato. Tada yra elektrolitas, kuris yra ličio druska, ištirpinta organiniame tirpiklyje, leidžiančiam ličio jonams judėti tarp anodo ir katodo. Taip pat svarbus yra separatorius, pusiau porėta medžiaga, kuri leidžia jonams judėti tarp katodo ir anodo įkrovimo ir iškrovimo metu, tačiau blokuoja elektronų srautą tiesiai tarp jų, o tai greitai atjungtų akumuliatorių.
Katodinę dangą MTEP baterijų elementams padengia „Forge Nano“.Forge Nano
Šios bendrovės teigia, kad medžiagų, sudarančių anodą, katodą ir separatorių, padengimas molekuliniu lygmeniu padidina baterijų našumą ir ilgaamžiškumą, nepadidinant jų svorio ar tūrio.
. Plėvelės susidaro vykstant cheminei reakcijai tarp dviejų dujinių pirmtakų, kurios pakaitomis patenka į substratą. Pirmasis reaguoja su substrato paviršiumi aktyviose vietose, pirmtakų molekulių taškuose ir substrato paviršiuje, kur dvi medžiagos chemiškai susijungia. Tada, po to, kai visos nesureagavusios pirmtakų dujos išpumpuojamos, įvedamas kitas pirmtakas ir atitinkamose aktyviose vietose susijungia su pirmuoju pirmtaku. ALD technologija yra savaime besibaigianti, tai reiškia, kad užpildžius visas aktyvias vietas, reakcija sustoja. Plėvelė vienu metu sudaro vieną atominį sluoksnį, todėl jos storis gali būti nustatytas kelių dešimtųjų nanometrų tikslumu, tiesiog nutraukus pagrindo poveikį pirmtakams, kai pasiekiamas norimas dangos storis.
Įprastoje ličio jonų baterijoje su grafito anodu į grafitą dedama silicio (o kartais ir kitų medžiagų), siekiant pagerinti anodo gebėjimą kaupti jonus. Praktika padidina energijos tankį, tačiau silicis yra daug labiau linkęs į šalutines reakcijas su elektrolitu ir išsiplėtimą bei susitraukimą įkrovimo ir iškrovimo metu, o tai susilpnina elektrodą. Galiausiai dėl mechaninio gedimo sumažėja akumuliatoriaus talpa. ALD technologija, padengdama anodo molekules apsauginiu sluoksniu, suteikia didesnę silicio dalį anode, taip pat slopina išsiplėtimo-susitraukimo ciklus ir dėl to sulėtina mechaninį skilimą. Rezultatas yra lengvesnis, daug energijos sunaudojantis akumuliatorius, kuris yra patvaresnis nei įprastos ličio jonų baterijos.
„Picosun“ teigia, kad jos ALD technologija buvo naudojama kuriant dengtus nikelio oksido anodus, kurių energijos kaupimo talpa yra daugiau nei dvigubai didesnė ir energijos tankis yra tris kartus didesnis nei naudojant tradicinį grafitą.
Kokio dydžio nauda? „Forge Nano“ teigia, kad nors vyksta trečiųjų šalių bandymai ir patvirtinimas, dar per anksti pateikti galutinius teiginius apie patobulintų baterijų naudojimo trukmę. Tačiau bendrovės atstovas sakė IEEE spektras iki šiol gauti duomenys rodo, kad specifinė energija, palyginti su šiuo metu rinkoje esančiomis panašiomis baterijomis, pagerėjo 15 proc.
Bendrovė padarė didelį statymą, kad žaidėjai visoje baterijų gamybos grandinėje – nuo anodų ir katodų gamintojų iki 1 pakopos baterijų tiekėjų ir net elektrinių transporto priemonių gamintojų – laikys savo požiūrį į ALD kaip būtiną žingsnį baterijų gamyboje. . „Forge Battery“ Šiaurės Karolinoje stato 25 700 kvadratinių metrų gigavatų gamyklą, kuri, jos teigimu, pagamins 1 gigavatvalandę savo „Atomic Armor“ patobulintų ličio jonų elementų ir baigtų baterijų, kai pradės veikti 2026 m.
Iš jūsų svetainės straipsnių
Susiję straipsniai visame internete
