Как работают батареи, как они садятся и почему так много шума вокруг Дня батареи Tesla (видео)

Первоначально опубликовано в приложении EV.
Элай Бертон

По словам Илона Маска, долгожданный «День батареи» Tesla будет совмещен с собранием акционеров компании 15 сентября. Чтобы узнать больше об аккумуляторах перед важным днем, я недавно поговорил с Равиндрой Кемпайей о его мыслях относительно Tesla и возможных улучшениях аккумуляторов, которые могут будет раскрыто в ближайшее время.

Чтобы узнать больше об аккумуляторах, ознакомьтесь с интервью с Равиндрой Кемпайя:

Равиндра Кемпайя — материаловед и кандидат наук в Университете Иллинойса-Чикаго, работающий над электродными материалами для своей диссертации. Помимо своих исследований, он энтузиаст электромобилей и предприниматель в области электровелосипедов.

До этого Равиндра получил степень магистра химии и нанотехнологий в Университете Ватерлоо в Канаде в 2011 году, работая над графеном, и степень магистра химии в Колледж-Парке Университета Мэриленда, работая над нанокомпозитами и жидкими кристаллами.

Теперь в Университете Иллинойса-Чикаго работа Равиндры связана с компьютерными исследованиями кинетики лития в катодах из оксидов переходных металлов. Он переедет в Галифакс, Канада, после окончания учебы в конце этого года, чтобы продолжить исследования аккумуляторов.

Вот несколько ключевых выводов из нашего разговора, которые могут помочь энтузиастам электромобилей лучше понять аккумуляторную технологию — ключ к будущему электромобилей.

Что Максвелл значит для Tesla

Компания Maxwell, недавно приобретенная Теслой, разработала технологию создания катодов без использования токсичных растворителей. В результате меньше химических веществ, препятствующих потоку ионов лития между катодом и анодом, позволяет им двигаться вперед и назад быстрее. Это обеспечивает более высокие темпы ускорения и более высокую потенциальную скорость зарядки.

Почему аккумуляторы разряжаются

Литий ходит туда-сюда между анодом и катодом, и через 30–40 циклов внешние слои начинают распадаться. Материал катода начинает терять свою структурную целостность, потому что по мере того, как ионы входят и выходят из своих накопительных каналов, никель переходит из одной степени окисления в другую и начинает крошиться. Со временем литий теряет способность перемещаться между определенными пространствами, что приводит к необратимой потере радиуса действия.

Многие факторы влияют на долгосрочное состояние вашей батареи. Температура играет самую большую роль, очень высокие температуры исключительно вредны для батареи. Очень высокие температуры заставляют «улей» быстрее разлагаться. С другой стороны, очень холодный климат способствует долговременному сохранению структуры улья, но плохо подходит для зарядки — очень холодную батарею перед зарядкой следует прогреть, чтобы избежать значительных повреждений. Чтобы представить это в перспективе, если вы оставите свою Теслу (неиспользованной) на три недели на улице зимой в Миннесоте и вдруг попытаетесь перезарядить ее, внутри клеток могут возникнуть «плохие» реакции. В свою очередь, это может привести к повреждению аккумулятора.

Уменьшение мощности по сравнению с уменьшением емкости хранилища

В батареях существует два типа потерь потенциала:снижение напряжения и снижение мощности. Ионы лития могут попасть в ловушку нежелательных реакций и прилипнуть к поверхности анода или катода, становясь непригодными для использования. Если улей рушится и вы теряете место для хранения, отраслевые обозреватели считают это «исчезновением емкости». С другой стороны, когда не так много лития перемещается туда-сюда, возникает «падение мощности», что затрудняет получение энергии из элемента.

Лучший способ представить взаимосвязь между ионами лития и анодом и катодом — это пчела в улье.

Батарея на миллион миль🔋

Отличная аналогия от @ravikempaiah о том, почему долговечная литий-ионная батарея похожа на улей, а ионы лития — на пчелы 🐝 https://t.co/e4s3TyzCF4

Обязательно к просмотру👇🏼 🔋 ⚡️ 🔋 👇🏼 pic.twitter.com/meBrA6YmXJ

— TeslaGeeksShow (@TeslaGeeksShow) 23 июня 2020 г.

Когда мы увидим твердотельную батарею?

По словам Равиндры, твердотельная батарея — это фантастическая концепция, но до коммерческого масштаба еще 5–6 лет. Теоретически твердотельная батарея чрезвычайно безопасна, потому что вы удаляете (используемые в настоящее время) жидкие электролиты и вставляете твердые электролиты, не прокалывая риск возгорания. Проблема? Литий-ионный аккумулятор с трудом проходит через твердые электролиты по сравнению с жидкими. Другой проблемой является стоимость. Для изготовления эффективной твердотельной батареи могут потребоваться действительно редкие материалы, включая лантан, цирконий и серебро (в некоторых случаях). В настоящее время этих материалов просто недостаточно, чтобы их можно было использовать в коммерческих масштабах. Toyota работает над этим с 2010 года, и у нее до сих пор нет экономически жизнеспособной ячейки.

Что делает аккумуляторы Tesla такими продвинутыми?

Лидерство Tesla в отрасли на протяжении многих лет сводится к совокупным усилиям (подробнее об этом ниже), полученным в результате ее вертикальной интеграции. Тесла контролирует, какие минералы она получает, а затем знает, как создавать из них ячейки, модули и пакеты. В результате Tesla может оптимизировать каждый шаг в цепочке. Напротив, GM (и другие автопроизводители) не имеют такого уровня контроля. В свою очередь, они, как правило, покупают пакеты у LG Chem, CATL, SK Innovation и других и просто собирают их вместе.

У Tesla есть возможность внедрять инновации и проектировать свои батареи, чтобы специально оптимизировать их производительность и долговечность для автомобилей Tesla. И это не останавливается на достигнутом. Tesla также работает над собственными анодами, катодами, электролитами и технологиями «ячейка-в-упаковку». Кроме того, у Tesla есть Maxwell и Hibar для повышения эффективности производства — это всесторонняя совокупная работа, которая отличает Tesla от других компаний, выходящих на рынок электромобилей.

Видео:шоу Tesla Geeks; Приглашенный участник:Эли Бертон гордится тем, что дружит с Real Life Starman и только что посетил недавний запуск SpaceX. Он также является президентом и основателем Клуба владельцев Tesla My Tesla Adventure. Эли также является соведущим подкаста Tesla Geeks Show и создателем серии комиксов "Приключения Стармена".

Избранное изображение предоставлено CleanTechnica. Руководство по покупке, аккумуляторы