Producción en masa de baterías patentadas por Tesla
Anteriormente especulamos que Tesla podría hacer un escándalo por el material del cátodo y usar tecnología de cristal único; también podría usar la tecnología de electrodo seco de Maxwell para pre-litio el material del cátodo, o agregar otros nuevos al electrolito. aditivo. Como resultado, el avance de los nanomateriales de Tesla nos dice que también tenemos una carta de triunfo para la tecnología de baterías. .
De hecho, Amprius, que coopera con Tesla, puso en uso esta nueva batería ya el año pasado. El dron Zefa estaba equipado con una batería de nanocables de silicio y voló en la estratosfera durante más de 25 días.
Esta empresa también es muy interesante, y ahora se ha "escabullido" en secreto de Tesla. ¿La imagen muestra que Amprius se ha mudado a un lugar secreto con Tesla? ¿Tera? La fábrica de baterías se ha convertido en un vecino y aquí se celebrará el Día de la Batería Tesla. Bueno, llegar primero a la luna es realmente una ventaja. No es de extrañar que Maxwell tuviera que dar un paso atrás.
Por otro lado, ¿qué es esta batería llamada “nanocables de silicio”? Tenga en cuenta la frase silicio/nanocables. De hecho, esta batería esencialmente reemplaza el grafito, el material del electrodo negativo de las baterías tradicionales de iones de litio, con nanocables de silicio.
Entonces, ¿por qué no utilizar silicio común y corriente? El silicio es respetuoso con el medio ambiente y rico en recursos. Su voltaje de funcionamiento es cercano al del grafito. Su capacidad teórica específica alcanza los 4200 mAh/g, que también es la más alta entre los materiales de ánodo de aleación actuales. El silicio es barato y común. ¿No huele bien?
Por supuesto, inútil. Durante el ciclo, el volumen de silicio sufre cambios severos. La capacidad de una batería de iones de litio está relacionada con la cantidad de iones de litio que se pueden incrustar en el material del ánodo. Cuantos más iones de litio se incorporen, mayor será la capacidad de la batería. El proceso de carga es un proceso de incrustación de iones de litio y el material de silicio se expande en consecuencia cuando la batería se descarga, los iones de litio se extraen del material de silicio;
El principal problema del silicio es que cuando se incrusta litio, el volumen se expande casi un 400% en comparación con su tamaño original. Las baterías con silicio como electrodo negativo pueden expandirse hasta cuatro veces en tamaño en comparación con las baterías anteriores. Por lo tanto, es difícil que el silicio vuelva a su forma original después de la delitiación.
La expansión del volumen ejercerá una tensión adicional sobre el material de silicio, provocando daños y grietas en el material. Este proceso se llama pulverización de electrodos. En términos generales, es la resistencia subjetiva del electrodo la que hace que se expanda. Después de usarlo se rompió la batería. Durante el proceso de pulverización, los materiales de silicio rotos se caerán de los electrodos, lo que también provocará una mala estabilidad del ciclo de la batería y una fuerte disminución de su capacidad. Se puede considerar al silicio como un recipiente de reacción. Sin un recipiente de reacción, la batería no puede reaccionar correctamente.
Este nanocable de silicio se refiere a un material con un ancho de aproximadamente 10 nm y una longitud ilimitada, que puede imaginarse como una nanocinta de silicio. Se trata de un nuevo tipo de nanomaterial semiconductor unidimensional con un núcleo de silicio monocristalino y una capa de dióxido de silicio en el exterior.
Al buscar patentes, podemos conocer aproximadamente el proceso de producción de los nanocables de silicio de Amprius: utilizando plantillas de nanoestructuras recubiertas de silicio, proceso PECVD o método CVD térmico para hacer crecer nanocables de silicio directamente sobre el sustrato conductor. Los nanocables tienen una estructura núcleo-cubierta y este método de preparación también es adecuado para combinar o dopar otras sustancias en nanocables de silicio para mejorar su conductividad y resistencia.
Los nanocables de silicio pueden liberar bien la tensión a través de la expansión lateral sin causar grietas o daños a los nanocables, evitando así la formación de polvo en los electrodos. Hay una cierta brecha entre los nanocables de silicio, y también hay un cierto espacio para que se expandan cuando el volumen se expande, de modo que no se aprieten entre sí.
Además, el crecimiento directo de nanocables en el colector de corriente también puede mejorar el contacto físico y eléctrico entre los nanocables y el sustrato. En términos generales, el material del electrodo se adhiere al electrodo a través de un adhesivo, lo que equivale a "hacer crecer" el silicio del electrodo. Los electrones de cada nanocables se pueden transmitir bien al circuito externo. La conductividad de los nanocables también se puede mejorar combinándolos con otros materiales mediante diferentes métodos, como dopaje, aleaciones y materiales núcleo-cubierta, por lo que no hay necesidad de preocuparse por la conductividad de los nanocables de silicio.
Hasta ahora, aunque los nanocables de silicio tienen tantas ventajas, sigo insistiendo en que Tesla puede utilizar esta batería de nanocables de silicio, pero no podemos atribuir todo el aumento de capacidad a esto. ¿Por qué?
Desde una perspectiva de costos, aunque el silicio tiene grandes reservas y bajo costo, el costo del proceso de preparación mencionado anteriormente no es bajo. La nanotecnología mencionada anteriormente y la deposición química de vapor (es decir, CVD) prácticamente aumentan el costo de los cátodos de nanocables de silicio.
Este proceso consume mucha energía y la dificultad de procesamiento y el costo de fabricación son más altos que los del grafito artificial. Si realmente se produce en masa, el costo será inaceptable. Las baterías de los vehículos de nueva energía son diferentes de las del campo aeroespacial y requieren una producción en masa, pero es normal que los materiales aeroespaciales se quemen por decenas de miles de millones. Si no se pueden reducir los costos, eventualmente se trasladarán a los consumidores.
En términos de rendimiento, aunque la patente de Amprius muestra que la densidad de energía de los nanocables de silicio aún puede alcanzar los 1.000 mAh/g después de 1,80 ciclos, el material del ánodo no es el único que tiene la última palabra a la hora de integrarlo. en la batería. ¿Cuál es la capacidad máxima y el rendimiento del ciclo de una batería de nanocables de silicio con electrodo positivo y electrolito? No se sabrá si el costo es proporcional a este nivel de mejora hasta la producción en masa.
Otra cuestión clave es que no es el material del electrodo negativo el que limita el límite superior de capacidad de la batería del vehículo eléctrico puro, sino el material del electrodo positivo. Desde NCM523 hasta NCM622 y NCM811, la tendencia de desarrollo de las baterías es aumentar la proporción de níquel en la batería. Incluso la batería de hoja de fosfato de hierro y litio que se ha vuelto popular este año solo se ha actualizado desde el nivel del módulo.
Aunque el material del ánodo aún no está terminado, GAC New Energy también promocionó hace un tiempo las ventajas del grafeno como ánodo, pero no ha revelado más información hasta ahora, pero los grandes fabricantes son realmente estúpidos. No se me ocurren formas de mejorar el electrodo negativo para aumentar la capacidad de la batería.
La contribución de la capacidad del electrodo negativo a la capacidad específica total de la batería es mucho menor de lo que todo el mundo imagina. ¿La capacidad teórica del grafito es de 372 mAh/g, modelo Tesla? La capacidad de un ánodo de grafito dopado con 10 materiales a base de silicio es de aproximadamente 550 mAh/g. ¿Qué pasa con el modelo? ¿Se ha mejorado significativamente la autonomía de crucero de 3?
La actitud de "basura" de Tesla es que no lo admite, no lo niega y no lo sabe. Puedo insinuar que cooperé con Amprius y usé tecnología de nanocables de silicio, pero como. Mientras no lo admita, tendremos que esperar hasta el Día de la Batería el 22 de septiembre para saber qué está pasando. ¿Qué podemos hacer? Luego espera a que Musk lo revele.
Este artículo es de Autohome, el autor de Autohome, y no representa la posición de Autohome.