Tesla-forsker demonstrerer 100 år, 4-million-mile batteri

En af de største bekymringer ved elbiler er, at batterierne skal udskiftes efter et par år, med store omkostninger. Når alt kommer til alt, vil dit smartphone-batteri sandsynligvis have set bedre dage inden for så lidt som tre år. Men en Tesla-forsker gør sig klar til at sætte denne idé i kontakt én gang for alle, efter at have demonstreret batterier, der potentielt kan overleve de fleste mennesker.

Tesla-entusiaster har sandsynligvis allerede hørt om Jeff Dahn. Han er professor ved Dalhousie University og har været forskningspartner med Tesla siden 2016. Hans fokus har været at øge energitætheden og levetiden for lithium-ion-batterier, samt at reducere deres omkostninger. Dahn ser ud til at have ramt modermængden sammen med kolleger på sit forskerhold. I et papir offentliggjort i Journal of the Electrochemical Society, hævder gruppen at have skabt et batteridesign, der kunne holde 100 år under de rigtige forhold.

Dahns papir kontrasterer celler baseret på Li[Ni0.5Mn0.3Co0.2]O2-kemi (“NMC 532”) til LiFePO4. Sidstnævnte er "Lithium Iron Phosphate" (alias LFP)-kemien, som Tesla i øjeblikket bruger i kinesisk-byggede standard Model 3-biler, der importeres til Europa. LFP-kemien har lavere energitæthed end mere udbredte Lithium-Ion-alternativer, men er også billigere, mere holdbar og angiveligt sikrere. LFP kan vare op til 12,000 opladnings-afladningscyklusser, så det er ingen ringe bedrift at slå den i denne henseende. Dahns NMC 532-celler viste intet kapacitetstab efter næsten 2,000 cyklusser. Papiret ekstrapolerer dette til at antyde en 100-årig levetid (de har åbenbart ikke testet batteriet så længe).

Dahn præsenterede også en keynote i marts på det internationale batteriseminar i Orlando, Florida, hvor han talte om et "4-million-mile-batteri". Dette inkluderede nogle af resultaterne i papiret, før det blev udgivet i denne måned. Dahn havde tidligere lovet "million-mile-batteriet", og har testet celler baseret på hans justerede kemi siden oktober 2017. Tilsyneladende er de gået stærkt og efter 4.5 års kontinuerlig cykling ved stuetemperatur har de kun set 5% nedbrydning. Dette ville betyde, at de kunne drive en EV i 4 millioner miles, før de skulle udskiftes.

En del af årsagerne til levetiden er skiftet fra polykrystallinske til enkeltkrystalkatoder, som ikke nedbrydes så hurtigt under opladnings-afladningscyklussen. NMC 532-kemien Dahn bruger kontraster med NMC 811-kemien, der i øjeblikket anvendes af LG Chem, som har otte dele nikkel i katoderne for hver del af mangan og kobolt. Sidste år skiftede Tesla Model Y fra NMC 811 til LG Chems NCMA kemiceller, også kendt som "høj nikkel". Disse er dyre sammenlignet med enten LFP eller NMC 811, men tilbyder den højeste tæthed for længst rækkevidde. NCMA kemi bruger nikkel, kobolt, mangan og aluminium til sine katoder, men størstedelen er nikkel (89%).

NMC 532-kemien, som Dahn har testet, lover endnu et spring fremad inden for batteriteknologi. Biler behøver dog ikke at holde 100 år, og de behøver heller ikke køre 4 millioner miles. Overvejer det den gennemsnitlige bilalder i USA er 12 år kører 14,000 miles om året, er den gennemsnitlige levetid kørt af en amerikansk bil 168,000 miles, og i Europa er det meget mindre. Så i virkeligheden vil batterier med en holdbarhed på 4 millioner mil muliggøre applikationer såsom køretøj-til-net, hvilket vil øge hastigheden af ​​opladnings-afladningscykler. Men de er mere tilbøjelige til at være mest nyttige til statisk energilagring i huse og til netbufferkapacitet fra en intermitterende vedvarende forsyning.

Brintentusiaster hævder ofte, at batterier kun er et stop, indtil brændselscelleelektriske køretøjer og brintlagringssystemer rammer mainstream. Men med al den udvikling, der finder sted inden for batteriteknologi, vil brint sandsynligvis være for lidt, for sent, når det ankommer i mængde til transport. Teknologier som dem, Dahn arbejder på ved siden af lithium svovl udviklinger såsom fra Theion , ultrahurtig opladningsteknologi som StoreDots, vil betyde, at batterier på få år har løst alle de problemer, der stilles over for dem.