Tesla o zasięgu 1000 km w przyszłym roku. Czy to możliwe? Kilka słów o akumulatorach i co się dzieje w Gigafactory.

Po prezentacji nowego Powerwalla 2.0 zauważyłem że ma on prawie dwa razy większą gęstość energii przy podobnej masie. Oczywiście nie byłem jedynym. W podobnym czasie pojawiło się trochę ciekawych artykułów na ten temat po angielskiej stronie Internetu. Przyznam że mnie chemika wprawiło to w zdumienie, gdyż z powszechnych źródeł wiadomo że przy zastosowanej chemii jest to praktycznie niemożliwe. Więc co kryje się w nowych bateriach i czy jednak to możliwe?

Po pierwsze optymalizacja rozmiaru. Nowe baterie są większe. Mają objętość większą o 50%. Nowy rozmiar to 2170 zamiast 1860. Daje to lepszy stosunek masy obudowy do masy pozostałych elementów (anody, katody, separatora).
No i teraz mała powtórka z matematyki mamy baterie o pojemności 100 po zwiększeniu jej rozmiaru o 50% mamy pojemność 150. Ile musimy zwiększyć gęstość energii by uzyskać 200 % sytuacji wyjściowej. Gdyśmy zwiększyli gęstość energii o 50% uzyskalibyśmy pojemność 225. Więc by uzyskać 200 wystarczy zwiększyć gęstość tylko o 35%.

Więc jak zwiększyć gęstość energii o 35% używając obecnej technologii Panasonica czyli katody z LiNiCoAlO2 i anody z grafitu po prostu się nie da. LiNiCoAlO2 to jeden z najlepszych materiałów na katodę choć dość niebezpieczny, dlatego Tesle lubią się czasami zapalić (przegląd różnych materiałów źródło LG Chem używa bezpieczniejszego LiNiMnCoO2 ale ma on mniejszą pojemność).



Separator ma mały wpływ na gęstość energii. Pozostaje anoda.
Anoda obecnie w komercyjnych akumulatorach prawie zawsze wykonana jest z grafitu. Tu przyda się wyjaśnienie, w bateriach litowo-jonowych nie ma czystego litu i swobodnych jonów. Lit jest związany w cząsteczce w tym wypadku LiNiCoAlO2 a jony wędrują do grafitu.
Grafit nie jest najlepszym rozwiązaniem ponieważ 6 cząsteczek węgla może zabsorbować jeden jon litu. Są lepsze rozwiązania ale do tej pory nie udawało się ich wprowadzić:
- grafen – technologia powoli wprowadzana ale droga. Swoją drogą chemicznie to nadal węgiel tylko lepiej uporządkowany stąd znacznie lepsze właściwości.
- lit – ten typ nazywany jest lit-metal od metalicznego litu. Technologia rozwijana powoli pojawiają się prototypy niestety metaliczny lit jest skrajnie reaktywny, choćby z wodą a także z separatorem który trzeba opracować na nowo. Póki co firmy nad tym pracujące pojawiają się i znikają.

Więc co nam zostało krzem. Jeden atom krzemy łączy się z czterema jonami litu. Jest tylko jeden duży problem krzem po połączeniu z litem zwiększa objętość nawet 4x co powoduje rozszerzanie się i kurczenie anody i uszkadza całą konstrukcje akumulatora już po kilku cyklach.
Można ten problem rozwiązać pokrywając włókna grafitu nanokrzemem jest parę technik.



Firma Amprius wywodząca się z ulubionego uniwersytetu Elona Muska czyli Stanford już wprowadza tego typu rozwiązania w produkcji na masową skale. Z informacji wiemy że ta technika poprawia pojemność o 10-50%. Obecnie żywotność tego typu akumulatorów ocenia się na 500 cykli a dalszy rozwój powinien dać 1000 cykli. Nad technologią osadzania krzemu pracują wszyscy wiodący producenci. To taki święty graal tej dziedziny.
Tak naprawdę sam Musk przyznał podczas wprowadzania wersji Tesli model S z akumulatorem 90 kWh że używają tego typu technologii
“it is, actually, as a result of improved cell chemistry. We’re shifting the cell chemistry for the upgraded pack to partially use silicon in the anode. This is just sort of a baby step in the direction of using silicon in the anode. We’re still primarily using synthetic graphite, but over time we’ll be using increasing amounts of silicon in the anode.”

Więc najprawdopodobniej Tesla już w najbliższych miesiącach będzie w stanie zaprezentować Tesle model S w podobnej cenie o zasięgu 1000 km. Czy to zrobi zależy tylko od Elona Muska.
o Amprius
o krzemie

Wersje

Statystyki zobacz

© copyright 2019 by Wykop.pl