این باتری فوق العاده متراکم انرژی تقریباً می تواند دامنه وسایل نقلیه الکتریکی را دو برابر کند


مدت هاست که دانشمندان باتری های لیتیوم-فلز را به عنوان یک فناوری ذخیره ایده آل انرژی ، با استفاده از سبک ترین فلز جدول تناوبی برای تحویل سلول های پر انرژی می دانند.

اما محققان و شرکت ها برای تولید نسخه های مقرون به صرفه و مجهز به باتری که عادت اشتعال مشتعل شدن ندارند ، دهه ها در تلاش و شکست بوده اند.

سپس در اوایل سال جاری ، جگدیپ سینگ ، مدیرعامل QuantumScape ، در مصاحبه ای با Mobilist گفت که یک شرکت مخفی کاری با بودجه بسیار زیاد در دره سیلیکون چالش های اصلی فنی را خراب کرده است. وی افزود: VW انتظار دارد تا سال 2025 باتری در اتومبیل ها و کامیون های خود داشته باشد ، وعده کاهش قیمت و افزایش برد وسایل نقلیه الکتریکی خود را می دهد.

QuantumScape پس از عمومی شدن در ماه نوامبر ، در حال حاضر حدود 20 میلیارد دلار ارزش گذاری شده است ، اگرچه هنوز هیچ محصول یا درآمدی وجود ندارد (و انتظار نمی رود که تا سال 2024 باشد). VW بیش از 300 میلیون دلار در این شرکت سرمایه گذاری كرده و با QuantumScape سرمایه گذاری مشترکی را برای تولید باتری تاسیس كرده است. این شرکت همچنین صدها میلیون نفر از سرمایه گذاران بزرگ دیگر جمع آوری کرده است.

با این حال ، تاکنون ، سینگ جزئیات کمی در مورد باتری را فاش کرده است ، و از محققان ، رقبا و روزنامه نگاران خواسته است که به دنبال اعلامیه های ثبت اختراع ، اسناد سرمایه گذاری و سایر منابع سرنخ باشند که شرکت دقیقاً به چه چیزی رسیده است – و چگونه.

در بیانیه مطبوعاتی در روز سه شنبه ، 8 دسامبر ، QuantumScape سرانجام نتایج فنی آزمایشات آزمایشگاهی را ارائه داد. فناوری آن تا حدی باتری نیمه هادی است ، به این معنی که از یک الکترولیت جامد به جای مایعی که بیشتر باتری ها به آن اعتماد می کنند ، استفاده می کند تا حرکت اتم های باردار را از طریق دستگاه تشویق کند.

بسیاری از محققان و شرکت ها در حال بررسی فناوری های نیمه هادی برای مواد شیمیایی مختلف باتری هستند ، زیرا این روش توانایی بهبود ایمنی و چگالی انرژی را دارد ، اگرچه تهیه یک نسخه عملی دشوار به نظر می رسد.

این شرکت ، مستقر در سن خوزه ، کالیفرنیا ، هنوز جزئیات خاصی را در مورد باتری خود ، از جمله برخی از مواد اصلی و فرایندهایی که برای کار استفاده می کند ، حفظ می کند. و برخی از کارشناسان همچنان شک دارند که QuantumScape واقعاً با چالشهای فنی پیچیده ای روبرو شده است که باتری لیتیوم فلز را در پنج سال آینده در وسایل نقلیه تجاری امکان پذیر می کند.

نتایج آزمون

در مصاحبه با MIT Technology Review ، سینگ گفت که این شرکت نشان داده است که باتری های آن به طور م fiveثر پنج نیاز اصلی مصرف کننده را تأمین می کند که تاکنون مانع از بیش از 2٪ فروش خودروهای جدید در ایالات متحده توسط وسایل نقلیه الکتریکی شده است: بیشتر هزینه های کمتر ، برد بیشتر ، زمان شارژ کوتاه تر ، طول عمر کلی جاده و بهبود ایمنی.

وی می گوید: “هر باتری که بتواند این نیازها را برآورده کند ، واقعاً می تواند 98٪ از بازار را به روشی باز کند که امروز نمی توانید آن را انجام دهید.”

جگدیپ سینگ ، مدیر عامل QuantumScape

عشق: محدوده کوانتومی

در واقع ، نتایج ارائه QuantumScape قابل توجه است.

باتری ها در کمتر از 15 دقیقه با ظرفیت 80٪ شارژ می شوند. (MotorTrend دریافت که V3 Supercharger تسلا مدل 3 را در یک آزمایش سال گذشته از 5٪ به 90٪ رسانده است). و آنها بیش از 80٪ ظرفیت خود را برای 800 چرخه شارژ حفظ می کنند ، که معادل رانندگی 240،000 مایل است. در واقع ، باتری تخریب ضعیفی را نشان می دهد حتی در معرض چرخه شارژ و تخلیه تهاجمی.

سرانجام ، این شرکت می گوید که این باتری برای دستیابی به محدوده های رانندگی طراحی شده است که می تواند بیش از 80٪ از وسایل نقلیه الکتریکی با باتری های لیتیوم یون بیشتر باشد – اگرچه این هنوز به طور مستقیم آزمایش نشده است.

پاول آلبرتوس ، استادیار مهندسی شیمی و زیست مولکولی در دانشگاه مریلند و مدیر برنامه سابق برنامه IONICS ، که بر روی حالت جامد ARPA-E متمرکز است ، گفت: “داده های QuantumScape کاملاً چشمگیر است.” شرکت.

وی افزود: “این شرکت در باتری های فلزی لیتیوم” بسیار بیشتر از هر چیزی که من دیده ام پیش رفته است “، اضافه کرد:” آنها در یک ماراتن شرکت کردند در حالی که بقیه 5K کار کردند. “

چگونه کار می کند

پس چگونه آنها به این همه دست یافتند؟

در باتری لیتیوم یونی استاندارد ، یکی از این دو الکترود (آند) بیشتر از گرافیت ساخته شده است که به راحتی یون های لیتیوم را که از طریق باتری به عقب و جلو منتقل می شوند ، ذخیره می کند. در یک باتری فلزی لیتیوم ، این آند از خود لیتیوم ساخته شده است. این بدان معناست که تقریباً هر الکترون می تواند برای ذخیره انرژی تحریک شود ، و این دلیل پتانسیل بیشتر برای چگالی انرژی است.

اما این چندین چالش اساسی ایجاد می کند. اولین مورد این است که این فلز بسیار واکنش پذیر است ، بنابراین اگر در تماس با یک مایع باشد ، از جمله الکترولیت که این یونها را در بیشتر باتری ها در حرکت نگه می دارد ، می تواند عوارض جانبی داشته باشد که باعث خراب شدن باتری یا سوختن آن می شود. مورد دوم این است که جریان یون های لیتیوم می تواند تشکیلاتی مانند سوزن را ایجاد کند که به عنوان دندریت شناخته می شوند و می توانند جدا کننده را در وسط باتری سوراخ کنند و سلول را کوتاه کنند.

طی این سالها ، این مشکلات باعث شده تا محققان سعی در تولید الکترولیت های جامدی داشته باشند که با استفاده از سرامیک ، پلیمرها و سایر مواد با فلز لیتیوم واکنش نشان نمی دهند.

یکی از نوآوری های اصلی QuantumScape تولید یک الکترولیت سرامیکی جامد بود که به عنوان جدا کننده نیز عمل می کند. فقط چند ده میکرومتر ضخامت ، تشکیل دندریت ها را سرکوب می کند ، در حالی که اجازه می دهد یون های لیتیوم به راحتی از عقب و جلو عبور کنند. (الکترولیت در انتهای دیگر باتری ، سمت کاتد ، یک نوع ژل است ، بنابراین کاملاً جامد نیست).

سینگ از مشخص كردن مطالبی كه استفاده كرده اند خودداری كرد و گفت كه این یكی از رازهای تجاری است كه از آن بسیار محافظت می شود. (مقداری کارشناسان باتری مشکوک هستند، بر اساس برنامه های ثبت اختراع ، این یک اکسید شناخته شده به عنوان LLZO است.) پنج سال طول کشید تا کشف شود. توسعه ترکیب صحیح و فرآیند تولید برای جلوگیری از نقص و دندریت پنج مورد دیگر طول کشید.

این شرکت معتقد است که گذار به فناوری حالت جامد ، باتری را از درجه لیتیوم یون امروزه در بازار ایمن تر می کند ، که البته در شرایط شدید نیز گاهی اوقات روشن می شود.

پیشرفت بزرگ دیگر این است که باتری بدون آند دیگری تولید می شود. (برای درک بهتر طراحی بدون آند آن ، فیلم QuantumScape را اینجا ببینید).

با شارژ شدن باتری ، یون های لیتیوم در سمت کاتد از جدا کننده عبور می کنند و یک لایه کاملاً صاف بین آن و تماس الکتریکی در انتهای باتری تشکیل می دهند. تقریباً تمام لیتیوم در طی چرخه رقت به کاتد بازگردانده می شود. این نیاز به هر ماده آند “آند” را که مستقیماً به کار ذخیره انرژی یا حمل برق کمک نمی کند ، کاهش می دهد و وزن و حجم مورد نیاز را بیشتر کاهش می دهد. این شرکت گفت که این امر همچنین باید هزینه های تولید را کاهش دهد.

خطرات باقی مانده

با این حال ، یک گیر وجود دارد: نتایج QuantumScape از آزمایشات آزمایشگاهی انجام شده بر روی سلول های تک لایه است. یک باتری واقعی ماشین برای کار با هم باید ده ها لایه داشته باشد. حرکت از خط آزمایشی به سمت تولید تجاری چالش قابل توجهی در ذخیره انرژی و نقطه ای است که در آن وفور شارژ باتری یکبار امیدوار کننده از کار افتاده است.

آلبرتوس متذکر می شود که سابقه غنی ادعاهای زودرس در مورد خرابی باتری وجود دارد ، بنابراین همه موارد جدید با شک و تردید روبرو می شوند. او دوست دارد که QuantumScape سلولهای این شرکت را تحت آزمایشهای مستقلی قرار دهد که آزمایشگاههای ملی در شرایط استاندارد انجام می دهند.

سایر ناظران در صنعت ابراز تردید کرده اند که این شرکت می تواند تا سال 2025 به مقیاس و آزمایشات ایمنی لازم برای قرار دادن باتری در وسایل نقلیه در جاده برسد ، اگر این شرکت تاکنون فقط سلولهای یک لایه کاملاً آزمایش کرده باشد.

Sila Nanotechnologies ، یک باتری شروع کننده رقابتی که انواع مختلفی از مواد آند انرژی را برای باتری های یون لیتیوم تولید می کند ، یک روز قبل از داستان Mobilist مقاله سفید منتشر کرد که تعدادی از چالش های فنی باتری های لیتیوم فلز حالت جامد را برجسته می کند. وی خاطرنشان کرد که با توجه به سایر اقدامات لازم برای کارکرد آنها ، بسیاری از مزایای نظری فلز لیتیوم در حال کار است که شرکت ها روی باتری های تجاری کار می کنند.

اما این مقاله تأکید می کند که سخت ترین قسمت پاسخگویی به چالش بازار است: رقابت با زیرساخت های گسترده جهانی که از قبل برای تولید ، تولید ، تأمین و نصب باتری های لیتیوم یون وجود دارد.

شرط بندی های عظیم

با این حال ، ناظران دیگر می گویند که پیشرفت های اخیر در زمینه نشان می دهد که باتری های لیتیوم-فلز به طور قابل توجهی از چگالی انرژی فن آوری یون لیتیوم فراتر می روند و می توان مشکلاتی را که در این زمینه مانع وجود دارند ، حل کرد.

ونکات ویسواناتان ، استادیار کارنگی ملون ، که در مورد باتری های لیتیوم فلز تحقیق کرده است (و مشاوره هایی برای QuantumScape انجام داده است) ، گفت: “قبلاً این بود که آیا ما باتری های لیتیوم فلزی خواهیم داشت ، اکنون این مسئله مربوط به زمان تهیه آنهاست.”

سینگ اذعان کرد که این شرکت هنوز با چالش هایی روبرو است ، اما اصرار داشت که آنها مربوط به مهندسی و افزایش تولید هستند. وی فکر نمی کند که به پیشرفت های بیشتری در شیمی نیاز باشد.

وی همچنین خاطر نشان کرد که این شرکت اکنون بیش از یک میلیارد دلار در اختیار دارد و مسیر قابل توجهی را برای تولید تجاری در اختیار آن قرار می دهد.

سینگ در پاسخ به این سال که چرا روزنامه نگاران باید بدون بهره گیری از یافته های مستقل به نتایج شرکت اطمینان داشته باشند ، تأکید کرد که برای شفاف سازی ، تا حد امکان داده ها را به اشتراک می گذارد. اما او اضافه می کند که QuantumScape “در کار تحقیقات دانشگاهی نیست”.

وی گفت: “جرمی نیست ، اما ما واقعاً برای شما مهم نیستیم كه شما چه فكر می كنید.” افرادی كه به آنها اهمیت می دهیم مشتری ما هستند. آنها داده ها را دیده اند ، آزمایشات خود را در آزمایشگاه خود انجام داده اند ، كار آنها را دیده اند و در نتیجه شرط بندی می كنند. شرط بندی های عظیم روی این شرکت. VW همه کاره را انجام داده است. “

به عبارت دیگر ، آزمایش واقعی اینکه آیا QuantumScape مشکلات را به همان شکلی که ادعا کرده کاملاً حل کرده است این است که آیا غول اتومبیل آلمانی در حال راه اندازی ماشین هایی در جاده مجهز به باتری تا سال 2025 است.




منبع: unbox-khabar.ir

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>