По време на онлайн конференцията Twaice в Мюнхен през януари 2022, Джеф Дан от екипа разработващ т. нар. милионна батерия за Tesla акцентира върху промяна във фокуса на екипа по отношение на тази нова ултра батерия.
През 2020 г. логичното предположение на Дан беше, че батерии издържащи по над милион и половина километра са особено подходящи за (автономни) таксита предвид изминаването на стотици хиляди или милион километри с такива коли.
Няма и две години по-късно, екипът вече е на мнение, че тези батерии определено имат приложение и в частни коли като реалната цел вече е в добавка към основното им предназначение, те да бъдат също така технологично усъвършенствани за редовното им използване за връщане на енергия в мрежата (Vehicle to Grid).
Ето кака изглеждат основните предизвикателства, по чието разрешаване се работи:
- Съвременните електромобилни батерии имат сравнително малък брой цикли (800 цикъла според Дан са достатъчни за основна електромобилна употреба, но не и за отдаване на енергия към мрежата, което според него може да стигне до 400 V2G цикъла годишно)
- Химическият състав на батериите все още не е достатъчно усъвършенстван за двупосочната функционалност
- Постигането на 10000 цикъла прави самата батерия по-издръжлива от други компоненти като нейния корпус и управляващия хардуер, които може да дефектират или да се повредят/станат негодни за употреба далеч преди самата батерия.
- Засега тестовете на екипа за достигане на 10000 цикъла и предположения за над милион и половина и дори до три милиона километра са базирани на изследвания в лабораторни условия при оптимална температура и с ниско натоварване - 1С вместо 3С (пояснения за този термин по-надолу).
За да постигне търсената устойчивост на цикъл екипът на Дан работи от няколко години по различни реактивни добавки към електролита.
В клетката, електролитът реагира с електродните материали с течение на времето, поради което върху повърхността на анода и катода се натрупва тънък слой отлагания.
Тъй като много от тези отлагания съдържат литий, те продължават да позволяват транспортирането на литиеви йони, което се намалява чрез филм от "интерфазен твърд електролит", но така или иначе с остаряването на клетката използваемият й капацитет намалява.
Въпросните реактивни добавки в електролита, с които екипът на Дан експериментира от години, имат за цел да намалят реакцията с електродните материали, откъдето се формира и въпросният филм. По думите на Дан, "с използването на реактивни добавки, само с няколко процента от теглото, човек може значително да удължи живота на литиево-йонните батерии".
Батерийните клетки за стационарно съхранение на енергия имат различни изисквания от тези за електрическите коли.
Екипът на Дан работи с NMC532 клетки с графитен анод. Тези клетки се купуват сухи, т.е. без електролит, от китайски доставчик и след това електролитът се смесва с различни реактивни добавки в лабораторни условия.
След няколко години тестове, екипът е стигнал до комбинация от материали, при която след 12000 цикъла батерията все още разполага с 90 процента от първоначалния си капацитет. Важната добавка тук е - както е посочено по-горе в изброените предизвикателства, че този резултат е постигнат при оптимална (стайна) температура.
В добавка, тестваната издръжливост е постигната при 1C коефициент на зареждане/разреждане. При 3C издръжливостта все още е над средната, но не е толкова добра. 1C коефициент означава, че токът на разреждане ще разреди батерията за 1 час. При батерия с капацитет 100 амперчаса, това означава ток на разреждане 100 ампера. При коефициент 3C токът на разреждане ще бъде 300 Ампера.
Тук наред идват няколко важни елемента/компонента, също описани по-горе сред предизвикателствата за решаване.
Усъвършенстването на батерията трябва да е съвкупен процес, който да обхваща всичките й компоненти. Подобренията при химическите и електрически процеси са от ключово значение, но далеч не са достатъчни. Материалите за корпуса също са критично важни като структурен компонент, който трябва да:
- Помещава в себе си батерията;
- Да е изключително издръжлив на атмосферните условия; и
- Достатъчно здрав за постоянните структурни стресове съпровождащи движението на електромобила.
Работата на екипи като този на Джеф Дан е ключова и както се вижда отнема години. Но е лабораторна.
Когато една технология стигне до етап да излезе от лабораторията са нужни още години да бъде тествана в реални условия от производителите на компоненти и автопроизводителите чрез поставянето й в колите в реални разнообразни условия.
