یک شرکت مواد در آلامدا ، کالیفرنیا ، دهه گذشته را صرف افزایش انرژی ذخیره شده در باتری های لیتیوم یونی کرده است ، پیشرفتی که می تواند ابزارهای کوچکتر و وسایل نقلیه برقی با برد بسیار بیشتر را فعال کند.
Sila ذرات مبتنی بر سیلیکون را توسعه داده است که می توانند گرافیت را در آندها جایگزین کرده و یونهای لیتیوم بیشتری را که جریان را در باتری حمل می کنند ، نگه دارند.
در حال حاضر این شرکت محصول خود را برای اولین بار به بازار عرضه می کند و بخشی از پودر آند را در باتری ووپ 4.0 آینده ، که قابلیت تناسب اندام دارد ، ارائه می دهد. این یک دستگاه کوچک است اما به طور بالقوه یک گام بزرگ رو به جلو برای زمینه باتری است ، جایی که نتایج آزمایشگاهی امیدوار کننده اغلب به موفقیت تجاری تبدیل نمی شود.
Gene Berdichevsky ، مدیرعامل Sila ، که به عنوان هفتمین کارمند تسلا به حل برخی از چالش های مهم باتری برای اولین وسیله نقلیه الکتریکی شرکت کمک می کند ، می گوید: “ووپ 4.0 را به عنوان تسلا رودستر ما در نظر بگیرید.” “این واقعاً اولین دستگاهی در بازار است که این پیشرفت را اثبات می کند.”
سیلا
مواد این شرکت با کمک نوری از پیشرفت های دیگر ، چگالی انرژی را در باتری ردیاب تناسب اندام حدود 17 درصد افزایش داد. این یک دستاورد قابل توجه در زمینه ای است که عموماً چند درصد در سال پیشرفت می کند.
ونکات ویسواناتان ، دانشیار مهندسی مکانیک در دانشگاه کارنگی ملون ، می گوید “این تقریباً چهار سال پیشرفت استاندارد دارد ،” اما در یک جهش بزرگ “.
سیلا هنوز با برخی از چالش های فنی واقعی روبرو است ، اما این پیشرفت نشانه ای امیدوارکننده برای پتانسیل افزایش ظرفیت باتری ها است که به جهان کمک می کند تا از سوخت های فسیلی دور شود و خطرات تغییرات آب و هوایی تسریع شود. افزایش میزان انرژی که باتری ها می توانند ذخیره کنند ، باعث می شود منابع الکتریکی تمیز به طور فزاینده ای بتوانند بیشتر ساختمانها ، وسایل نقلیه ، کارخانه ها و مشاغل ما را تغذیه کنند.
برای بخش حمل و نقل ، باتری متراکم تر از انرژی می تواند هزینه ها را کاهش داده یا محدوده وسایل نقلیه برقی را افزایش دهد و دو مورد از بزرگترین مسائلی را که مصرف کنندگان را از ترک گوزل گاز خود منصرف کرده است برطرف کند. همچنین وعده داده است که باتری های شبکه ای را ارائه می دهد که می تواند انرژی بیشتری از مزارع خورشیدی و بادی یا وسایل مصرفی که بین شارژها دوام بیشتری دارند ، ذخیره کند.
بردیچفسکی ، مبتکر زیر 35 سال در سال 2017 می گوید چگالی انرژی کلید “برق رسانی همه چیز” است.
در مورد قابلیت پوشیدن تناسب اندام جدید ، مواد جدید باتری و سایر پیشرفت ها این امکان را برای ووپ مستقر در بوستون فراهم کرد که بتواند دستگاه را تا 33 درصد در حالی که پنج روز عمر باتری را حفظ می کند ، کوچک کند. این محصول اکنون به قدری نازک است که می توان آن را در “پوشاک هوشمند” قرار داد و همچنین مانند ساعت مچی پوشید. فروش آن از 8 سپتامبر آغاز می شود.
Sila ، که 590 میلیون دلار در ماه ژانویه اعلام کرد ، همچنین مشارکت هایی برای توسعه مواد باتری برای خودروسازان از جمله BMW و دایملر دارد. این شرکت گفته است که فناوری آن در نهایت می تواند تا 40 درصد انرژی بیشتری را در باتری های لیتیوم یونی قرار دهد.
جلوگیری از آتش سوزی
بردیچفسکی قبل از پایان دوره کارشناسی ارشد خود در دانشگاه استنفورد ، در آنجا مشغول به کار در تسلا شد و در آنجا مشغول به تحصیل در رشته مهندسی مکانیک بود. او در نهایت نقشی کلیدی در رفع خطرات احتمالی برای شرکت ایفا کرد: اینکه آتش در یکی از هزاران باتری بسته شده در یک وسیله نقلیه باعث آتش سوزی کل بسته شود.
او برنامه ای را برای ارزیابی سیستماتیک مجموعه ای از طرح های بسته باتری تنظیم کرد. پس از صدها آزمایش ، شرکت ترکیبی از تنظیمات باتری ، مواد انتقال حرارت و کانال های خنک کننده را ایجاد کرد که تا حد زیادی از آتش سوزی فرار جلوگیری می کرد.
بعد از اینکه تسلا رودستر را راه اندازی کرد ، بردیچفسکی احساس کرد که یا باید به پنج سال دیگر متعهد شود تا از طریق توسعه خودروی بعدی خود ، مدل S ، این شرکت را ببیند یا از این فرصت استفاده کرده و چیز جدیدی را امتحان کند.
در پایان ، او تصمیم گرفت که می خواهد چیزی برای خودش بسازد.
دیوید پاول موریس/سیلا
بردیچفسکی به دانشگاه استنفورد رفت تا در مقطع کارشناسی ارشد به مطالعه مواد ، ترمودینامیک و فیزیک بپردازد ، به امید یافتن راه هایی برای بهبود ذخیره سازی در سطح اساسی. پس از فارغ التحصیلی ، او یک سال را به عنوان کارآفرین در اقامتگاه Sutter Hill Ventures گذراند و به دنبال ایده هایی بود که بتواند پایه و اساس کسب و کار خود را تشکیل دهد.
در آن زمان ، او با مقاله ای روبرو شد که روشی را برای تولید ذرات مبتنی بر سیلیکون برای آندهای باتری لیتیوم-یون شناسایی می کرد.
محققان مدتهاست که سیلیکون را به عنوان راهی امیدوارکننده برای افزایش انرژی در باتری ها می بینند ، زیرا اتم های آن می توانند 10 برابر بیشتر از وزن گرافیت با یون های لیتیوم پیوند داشته باشند. این بدان معناست که آنها تعداد بیشتری از مولکول های باردار را که جریان الکتریکی را در یک باتری تولید می کنند ، در خود نگه می دارند. اما آندهای سیلیکونی در حین شارژ متلاشی می شوند ، زیرا متورم می شوند تا یونهایی را که بین الکترودها رفت و برگشت می کنند ، در خود جای دهند.
این مقاله که توسط پروفسور موسسه فناوری جورجیا ، گلب یوشین ، تأیید شده است ، امکان توسعه مواد سیلیکون سفت و سخت با هسته متخلخل را که به راحتی یون های لیتیوم را پذیرفته و آزاد می کند ، برجسته کرد.
سال بعد ، بردیچفسکی سیلا را با یوشین و الکس جاکوبز ، یکی دیگر از مهندسان سابق تسلا ، تاسیس کرد.
موانع و تأخیرها
این شرکت دهه آینده را برای اصلاح روشها و مواد خود صرف کرد ، در حالی که ظرفیت تولید خود را افزایش داد ، بیش از 50،000 تکرار شیمی را انجام داد. در اوایل تصمیم گرفته شد تا مواد تولیدی تولید کند که تولیدکنندگان باتری های لیتیوم یونی بتوانند در آنها تعویض کنند ، نه این که مسیر گران تر و پرخطرتر تولید خود باتری های کامل را دنبال کنند.
با این حال ، سیلا آنطور که در ابتدا امیدوار بود پیش نمی رود.
پس از تأمین چندین میلیون دلار از بخش ARPA-E وزارت انرژی ایالات متحده ، این شرکت در یک مرحله به آژانس تحقیقاتی گفت که مواد آن می تواند در محصولات تا سال 2017 و در خودروها تا سال 2020 باشد. در سال 2018 ، هنگامی که سیلا قرارداد خود را با BMW اعلام کرد ، این اظهار داشت که ذرات آن می توانند به برق رسانی خودروهای برقی خودروهای آلمانی تا سال 2023 کمک کنند.
بردیچفسکی می گوید این شرکت پیش بینی می کند تا سال 2025 در خودروها حضور داشته باشد. او می گوید که حل مشکلات “مایل آخر” به سختی بیش از آنچه انتظار می رفت دشوار بود. چالش ها شامل کار با سازندگان باتری برای به دست آوردن بهترین عملکرد از مواد جدید است.
وی در ایمیلی گفت: “ما به طور ساده لوحانه به چالش های مقیاس بندی و عرضه محصولات به بازار خوشبین بودیم.”
اخبار ووپ نشان می دهد که سیلا توانست ذرات را به گونه ای مهندسی کند که ایمنی ، چرخه عمر و سایر معیارهای عملکرد باتری را شبیه به آنچه در محصولات موجود به دست می آورد ، ارائه دهد.