Veći domet kroz veće kapacitete i kraće vrijeme punjenja za e-automobile: ovo su razvojni trendovi koji  će ubrzati tranziciju na elektrificirani promet

General Motors je pokrenuo ulaganje s novoosnovanom tvrtkom OneD Battery za istraživanje nanotehnologije silicija. Britanski start-up Nyobolt razvio je novu vrstu litij-ionske baterije, a izraelski start-up StoreDotdie uspješno je testirao bateriju koja može napuniti domet od 160 kilometara u pet minuta. Također je postignut uspjeh u istraživanju hlađenja baterija, kao što pokazuje Mahle.

OneD Battery je kalifornijski start-up koji koristi novorazvijeni proces za integraciju silicijevih nanožica u grafit litij-ionskih baterija. Silicij u grafitnoj anodi navodno utrostručuje gustoću energije baterije, značajno povećava brzinu punjenja i prepolovljuje troškove proizvodnje. OneD Battery je razvio “Sinanode” za tehnički zahtjevan proces. Uređaj koji može integrirati oko 100.000 milijardi nanožica u grafit po kilogramu anodnog materijala, kako izvještava Handelsblatt.

Za novu tehnologiju već postoji 240 patenata. Obećavajući razvoj doveo je do ulaska General Motorsa u zajedničko ulaganje s tvrtkom OneD Battery krajem 2022. Uz to, GM i Volta Energy Technologies uložili su 25 milijuna dolara u istraživanje OneD Battery. Šef start-upa Vincent Pluvinage obećava masovnu proizvodnju nove, jače baterije za električne automobile za tri do četiri godine.

Mahle razvija hlađenje baterije za brže punjenje Baterije se mogu puniti brže zahvaljujući inovativnom upravljanju temperaturom baterija pomoću hlađenja uranjanjem. Foto: Mahle

Izraelski start-up StoreDot objavljuje da je dostigao prekretnicu s baterijom koja bi trebala vratiti domet od 160 kilometara za pet minuta kada se napuni. Nakon što je prototip baterije napravljen od oko 40 posto silicija već uspješno prošao 1200 ciklusa punjenja u ožujku 2022., gotova verzija baterije sada je završila test od preko 1000 ciklusa punjenja. Test se temeljio na baterijskom paketu od 30 Ah s gustoćom energije od 330 Wh/kg.

Punio se 1000 puta od 10 do 80 posto u 10 minuta, pri čemu nije izgubio više od 20 posto svog kapaciteta. Ako prenesete podatke na bateriju od 75 kWh koja pruža maksimalni domet od 358 milja (oko 576 km), ona bi postigla domet od najmanje 200 milja (oko 322 km) pri svakom ciklusu punjenja, prema StoreDotu. Baterija nazvana “100in5” (100 milja za 5 minuta) trebala bi se koristiti u serijskim vozilima 2024.

Mahle, dobavljač i razvojni partner automobilske industrije iz Stuttgarta, razvio je novu tehnologiju za hlađenje baterija u električnim automobilima. Baterije se mogu puniti brže zahvaljujući inovativnom upravljanju temperaturom baterija pomoću hlađenja uranjanjem. Nevodljiva rashladna tekućina nalazi se unutar ćelije baterije kako bi se smanjila maksimalna temperatura i postigla bolja raspodjela topline u ćeliji.

Nyobolt, britanski start-up, posvećen je daljnjem razvoju litij-ionskih baterija za električne automobile. Osnivači tvrtke su znanstvenici sa Sveučilišta u Cambridgeu. Njezin istraživački pristup je korištenje alternativnog materijala za anodu u bateriji. Obično se sastoji od grafita. Nova tehnologija sada koristi niobijev volframov oksid. Kao rezultat toga, ioni litija mogu se kretati brže u ćeliji – toliko brzo da bi punjenje od nule do preko 90 posto trebalo trajati samo pet minuta. Ovo bi također trebalo stati na kraj problemu nakupljanja topline.

Nyobolt koristi niobij i volfram u bateriji: istraživački pristup je korištenje alternativnog materijala za anodu u bateriji. Obično se sastoji od grafita. Nova tehnologija sada koristi niobijev volframov oksid. Foto: Imago

Baterija ne doseže više od blagih 40 Celzijevih stupnjeva tijekom procesa punjenja. Kaže se da je prototip baterije zadržao 90 posto svog kapaciteta čak i nakon stotina ciklusa punjenja. U budućnosti, čak i nakon 10.000 ciklusa punjenja, to je cilj istraživača. Međutim, nova tehnologija ima značajnu začkoljicu. Iako teški metali niobij i volfram nisu rijetki elementi, oni se uglavnom iskopavaju u konfliktnim regijama, često ilegalno i u vezi s kršenjem ljudskih prava i međunarodnog prava.

Prema start-upu iz Eindhovena u Nizozemskoj, njegova novorazvijena baterija trebala bi omogućiti buduće domete od preko 1000 kilometara i puniti se pet puta brže od današnjih baterijskih ćelija. Nove baterije iz daljnji su razvoj trenutne litij-ionske tehnologije. S “Spatial Atom Layer Deposition” – skraćeno SALD – unutar baterije se nanose premazi koji su tanki poput jednog atoma.

Nano premaz stvara takozvanu “Umjetnu međufazu krutog elektrolita” (A-SEI), za koju se kaže da ima znatno bolju izvedbu od prethodnih SEI i da značajno povećava izdržljivost, sigurnost i kapacitet. E-automobili bi se trebali napuniti oko 80 posto unutar deset minuta, a 100 posto trebali bi postići za 20 minuta. Proces su razvili njemački Fraunhofer instituti i nizozemska državna istraživačka ustanova “Nizozemska organizacija za znanstveno primijenjeno istraživanje” (TNO). Nove baterije za duži domet ne bi se trebale ugrađivati u električne automobile prije 2022. ili najranije 2023., kako objašnjava direktor Frank Verhage.

Prema njegovim riječima, SALD ima sve potrebne patente i već ima u pogonu proizvodne strojeve za male serije. Međutim, velika industrijska uporaba tek dolazi. Znanstvenici iz grupe Chao-Yang Wang sa sveučilišta Pennsylvania State navodno su realizirali novu bateriju koja se može napuniti do 80 posto u deset minuta i premašuje životni vijek automobila. Njihovo rješenje: grijač ugrađen u sustav za pohranu energije. Razlog zašto se baterije e-automobila još uvijek ne mogu puniti brzinom koja otprilike odgovara zaustavljanju na benzinskoj crpki leži u kemijskim svojstvima litij-ionskih ćelija.

Litij se nakuplja na elektrodi tijekom punjenja i ponovno se izvlači od tamo tijekom pražnjenja. Ako se baterija puni prebrzo, litij se može zalijepiti za površinu elektrode, stvoriti metalni sloj i, u najgorem slučaju, izazvati kratki spoj.Međutim, kaže se da je istraživačka skupina pronašla način kako spriječiti ovaj sloj litija u bateriji. Komercijalne komponente baterija obložene su tankim slojem nikla u laboratoriju. On se pri svakom punjenju napaja strujom i tako zagrijava bateriju do 60 stupnjeva Celzijusa. Još uvijek je slučaj da se baterije mogu oštetiti na visokim temperaturama. Zbog toga je ovaj proces ograničen na deset minuta.

Međutim, toplina sprječava taloženje litija tijekom vrlo brzih punjenja. Čak i uz uobičajenu brzinu punjenja, s vremenom se stvara sloj litija koji smanjuje kapacitet baterije. Opskrba toplinom tijekom punjenja stoga također produljuje ukupni vijek trajanja baterije. Čak i uz više od 2500 ciklusa punjenja, nova baterija ima kapacitet napunjenosti od preko 90 posto, više nego što proizvođači automobila očekuju od baterije električnih automobila.

Izvor: Autozeitung.de