Tesla ma nowy patent na produkcję baterii
Firma Elona Muska stała się właścicielem patentu, który dotyczy procesu produkcji wielkoformatowych anod akumulatorowych zawierających cząsteczki krzemu. Według naukowców odpowiedzialnych za opracowanie nowej technologii, dodanie krzemu przy produkcji baterii niesie za sobą wiele korzyści. Pojawiają się doniesienia, że być może Tesla będzie chciała nową technologię zastosować przy produkcji nowych ogniw w formacie 4680.
Według doniesień portalu Electrek, Tesla w ciągu ostatnich lat stopniowo przejmowała firmę SilLion z siedzibą w Kolorado, której pracownicy prowadzili badania nad unowocześnieniem produkcji baterii litowo-jonowych. Startup otrzymał kilka grantów od Departamentu Obrony i Departamentu Energii USA. Kwota, za którą ostatecznie Tesla zakupiła SilLion, nie została podana do publicznej informacji.
Rezultatem badań prowadzonych przez SilLion jest zgłoszony już w październiku 2017 roku patent „Wielkoformatowe anody akumulatorowe zawierające cząsteczki krzemu”. Co ciekawe, w patencie w roli podmiotu zgłaszającego występuje Tesla.
Prawdopodobnie najnowsza technologia wykorzystująca techniki opisane w patencie zostanie zastosowana przez Teslę w ogniwach w formacie 4680. Elon Musk informował wcześniej, że ogniwo 4680 będzie miało anodę zdominowaną przez krzem.
We wstępie do patentu jego autorzy podkreślają, że aktualnie dostępne baterie są nadal ciężkie, nieporęczne, drogie oraz nie do końca bezpieczne. Aktualny proces produkcji oraz wykorzystywane surowce tworzą bariery dla wymagań dotyczących kosztów oraz zastosowania urządzeń.
Naukowcy wspominają, że osiągnięcie kolejnych celów związanych z przechowywaniem energii będzie wymagało wdrożenia materiałów nowej generacji – zwłaszcza elektrod. Konieczne ma być m.in. wykorzystanie materiału aktywnego o wyższej gęstości energii.
Treść patentu skupia się na opisie metod produkcji anod zawierających dodatek krzemu. Opisany materiał anodowy może obejmować folię zawierającą wiele cząstek materiału aktywnego i przewodzącą membranę polimerową pokrytą dodatkowo cząsteczkami materiału aktywnego. W niektórych przykładach wykonania przewodząca membrana polimerowa zawiera poliakrylonitryl (PAN) domieszkowany krzemem.
Pomimo zalet elektrody krzemowej naukowcy dostrzegają szereg wyzwań związanych głównie ze znacznym wzrostem objętości materiału. Podczas gdy skomercjalizowana elektroda grafitowa rozszerza się w przybliżeniu o 10 do 13 proc. podczas interkalacji z litem, rozszerzanie w przypadku Si wynosi prawie 300 proc. To powoduje degradację struktury i niestabilność wszystkich ważnych międzyfazowych warstw litowo-elektrolitowych (SEI). Taka niestabilność ostatecznie może skracać żywotność baterii. Jednak degradację materiału aktywnego można złagodzić przez wprowadzenie materiału cieńszego niż 150 nm lub poprzez nanostrukturalne projektowanie architektury elektrod.
Badacze opisują doświadczenie, w którym rozdrobnione cząsteczki krzemu pozostają przyklejone do matrycy powłoki cPAN (cyklicznego poliakrylonitrylu), umożliwiając długotrwałe, pełne wykorzystanie materiału przy minimalnej degradacji jego pojemności.
Mechanizm ten został udowodniony dzięki potwierdzonej zdolności elektrody do zachowania swojej wysokiej sprawności przez wiele cykli, co dowodzi, że cząstki krzemu utrzymują dostęp do elektronicznie przewodzącej matrycy cPAN nawet po ich rozdrobnieniu.
Autorzy patentu podkreślają, że stworzenie wysoce wydajnej anody zawierającej cząstki krzemu jest w rzeczywistości trudne i wymaga zrozumienia wielu zawiłości.
Jedną z trudności jest konieczność obróbki wielu polimerów przewodzących w celu uzyskania przewodnictwa elektronowego. Należy pamiętać, że wszelkie procesy kształtowania polimerów nie mogą prowadzić do ich uszkodzenia np. w wyniku zwiększenia kruchości podczas obróbki w zbyt wysokiej temperaturze lub atmosferze nieodpowiednich gazów. Co więcej, poszczególne procesy produkcyjne należy prowadzić w taki sposób, aby elementy pomocnicze elektrody (np. miedź) nie uległy uszkodzeniu i nie zakłóciły pracy całej baterii.
Tymczasem, jak podał portal Electrive, Tesla planuje budowę nowej fabryki w mieście Markham w kanadyjskiej prowincji Ontario, mającej specjalizować się w produkcji baterii. Informacje o budowie nowej fabryki mają pochodzić od samej Tesli (ogłoszono już oferty pracy), jak i od burmistrza Markham. Na razie nie podano, kiedy nowa fabryka Tesli miałaby rozpocząć działalność.
Radosław Błoński
redakcja@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy Gramwzielone.pl Sp. z o.o.
