Среди множества объявлений от Tesla В связи с инновациями, которые компания стремится сократить стоимость производства электромобилей и накопления энергии за счет улучшенной конструкции батарей, компания заявила, что добилась новых успехов в области материаловедения для анодов и катодов – ключевых компонентов литий-ионных батарей, которые являются сердцем все его продукты.
Tesla применил все вышеперечисленное к совершенствованию своей батареи, начиная с производственного процесса, который все еще находится в стадии разработки, до материалов, используемых в катоде и аноде, основных строительных блоках любой аккумуляторной системы.
Результат: снижение стоимости катодных и анодных материалов при одновременном повышении производительности, что само по себе могло бы расширить диапазон его батарей на 20%. Tesla сказал.
Что касается анодов, компания ищет способы интегрировать больше кремния в свои батареи, используя кремний металлургического качества. Один из самых распространенных материалов на Земле, большая часть кремния, используемого в микрочипах, батареях и даже солнечных батареях, подверглась тщательной переработке с использованием дорогостоящей обработки, чтобы заставить его работать для различных приложений. Проблема с батареями заключается в их способности разлагаться, когда они полностью заряжены литием.
«С силиконом печенье крошится и становится липким», – сказал Илон Маск во время презентации компании «День заряда батареи». Эта липкость означает, что материал теряет способность удерживать и накапливать энергию. Каждый раз, когда батарея заряжается, ухудшение характеристик означает сокращение срока службы батареи.
Вот почему большинство компаний используют какую-либо обработку кремния, чтобы сделать материал более прочным, или используют как можно меньше кремния в своих батареях. «Они обеспечивают некоторые преимущества кремния, но не обеспечивают их всех и недостаточно масштабируемы», – сказал Эндрю Баглино, старший вице-президент компании по силовым агрегатам и энергетике.
Вместо того, чтобы выбросить кремний, Tesla заявила, что работает с новым методом обработки, позволяющим использовать дешевый металлургический кремний и включить его в новые конструкции батарей.
«Мы предлагаем поэтапное изменение возможностей и скачкообразное изменение стоимости, а также переход к самому сырью металлургического кремния», – сказал Баглино. «Дизайн для расширения [and] подумайте об этом в конструкции электродов … Если вы используете простой кремний, его значительно меньше, чем кремния, который используется сегодня в батареях.
Баглино ожидает, что, используя новые методы очистки, компания сможет снизить стоимость до 1,20 доллара за киловатт-час.
Для этого нужно начать с сырого металлургического кремния, стабилизированного дешевым эластичным ионопроводящим полимером, интегрированным в электрод с помощью высокоэластичного связующего.
Одно только это нововведение может увеличить диапазон Tesla автомобили на 20%. «Когда мы возьмем стоимость производства анодов, мы увидим сокращение на 5% доллара за киловатт на уровне аккумуляторной батареи », – сказал Баглино.
Но компания не намерена останавливаться на аноде. Он также рассматривает возможность использования различных инноваций в области материаловедения для повышения эффективности катода.
И анод, и катод должны иметь возможность сохранять свою структуру, в то время как заряженные частицы отскакивают от них. По сути, они представляют собой контейнеры для хранения электричества, даже когда оно движется – заряжается и разряжается.
Баглино и Маск сравнили материалы с книжными полками, где заряженные частицы – это книги, а полки – катоды.
Батареи в этой аналогии – это в основном библиотеки, где катоды хранят книги, а аноды – это библиотекари, перемещающие книги (энергию) в мир, где их можно читать или использовать (я думаю, что я взял эту аналогию о том, что может пойти).
«Вам нужна стабильная структура, чтобы удерживать ионы. Вам нужна структура, которая сохраняет свою форму с помощью иона. Когда вы перемещаете ион вперед и назад, вы теряете срок службы, и емкость аккумулятора очень быстро падает », – сказал Маск.
В качестве катодов можно использовать несколько различных материалов, но самым дешевым на сегодняшний день является никель. Он также имеет самую высокую плотность энергии. Но в большинстве батарей используется кобальт, т.к. это более стабильный материал.
Tesla заявил сегодня, что работает над стабилизацией никеля для использования в качестве более прочного материала для хранения. Это означает, что никель может накапливать энергию (книги) без риска опрокидывания или разрушения.
«Мы можем снизить катодный доллар за киловатт-час на 15%», – сказал Баглино.
Маск сказал, что Tesla не откажется от существующей химии, но добавление новых батарей на основе никеля позволит компании достичь некоторых других целей.
«У нас должен быть трехуровневый подход к батареям», – сказал Маск. «Железо – средний диапазон, никель-марганец – средний плюс, высокий никель – для Cybertruck и Semi».