Ursprungligen publicerad på EV Annex.
Av Eli Burton
Enligt Elon Musk kommer Teslas efterlängtade "batteridag" att kombineras med företagets aktieägarmöte den 15 september. För att lära mig mer om batterier före den stora dagen pratade jag nyligen med Ravindra Kempaiah om hans tankar om Tesla och potentiella batteriförbättringar som kan avslöjas snart.
För en djupare dykning i batterierna, kolla in en intervju med Ravindra Kempaiah:
Ravindra Kempaiah är materialvetare och doktorand vid University of Illinois–Chicago och arbetar med elektrodmaterial för sin avhandling. Förutom sin forskning är han en elfordonsentusiast och entreprenör inom elcykelbranschen.
Innan dess tog Ravindra sin MSc i kemi och nanoteknik från University of Waterloo i Kanada 2011 och arbetade med grafen och en MSc i kemi från University of Maryland–College Park samtidigt som han arbetade med nanokompositer och flytande kristaller.
Nu, vid University of Illinois–Chicago, involverar Ravindras arbete beräkningsstudier av litiumkinetik i övergångsmetalloxidkatoder. Han kommer att flytta till Halifax, Kanada, efter sin examen senare i år för att fortsätta sin batteriforskning.
Här är en handfull viktiga tips från vårt samtal som kan hjälpa elbilentusiaster att få en ökad förståelse för batteriteknik – en nyckel till framtiden för elfordon.
Maxwell, ett företag som Tesla nyligen förvärvade, har en teknik för att skapa katoder utan att använda giftiga lösningsmedel. Som ett resultat finns det mindre kemikalier som hindrar flödet av litiumjonerna mellan katoden och anoden, vilket gör att de kan röra sig fram och tillbaka snabbare. Detta möjliggör högre accelerationshastigheter och en snabbare potentiell laddningshastighet.
Litium går fram och tillbaka mellan anoden och katoden, och efter 30–40 cykler börjar de yttre skikten sönderfalla. Katodmaterialet börjar förlora sin strukturella integritet eftersom när jonerna går in och ut ur sina lagringskanaler, cirkulerar nickel mellan oxidationstillstånden och börjar smulas sönder. Med tiden förlorar litium förmågan att gå mellan vissa utrymmen, vilket resulterar i permanent räckviddsförlust.
Många faktorer spelar in i ditt batteris långsiktiga hälsa. Temperaturen spelar störst roll, mycket höga temperaturer är exceptionellt skadliga för batteriet. Mycket höga temperaturer gör att "bikupan" bryts ned snabbare. Å andra sidan hjälper ett mycket kallt klimat till att bevara bikupans struktur på lång sikt, men det är dåligt att ladda - ett mycket kallt batteri bör värmas upp före laddning för att undvika betydande skador. För att sätta detta i perspektiv, om du låter din Tesla sitta (oanvänd) i tre veckor utomhus under en vinter i Minnesota och du plötsligt försöker ladda upp den, kan "dåliga" reaktioner uppstå i cellerna. Detta kan i sin tur potentiellt skada ditt batteri.
Det finns två typer av potentiell förlust i batterier:spänningsfade och power fade. Litiumjoner kan fångas i oönskade reaktioner och fastna på ytan av anoden eller katoden, och blir permanent oanvändbara. Om bikupan faller sönder och du förlorar lagring, anses det som "kapacitet blekna" av industriobservatörer. Å andra sidan finns det "power fade" när det inte finns mycket litium som går fram och tillbaka - vilket gör det svårt att få ut energi ur cellen.
Det bästa sättet att tänka på förhållandet mellan litiumjoner och anoden och katoden är det för ett bi i en bikupa.
The Million Mile Battery🔋
Bra liknelse av @ravikempaiah om varför ett långvarigt litiumjonbatteri är som en bikupa och litiumjonerna är bina 🐝 https://t.co/e4s3TyzCF4
Måste se👇🏼 🔋 ⚡️ 🔋 👇🏼 pic.twitter.com/meBrA6YmXJ
— TeslaGeeksShow (@TeslaGeeksShow) 23 juni 2020
Enligt Ravindra är ett solid state-batteri ett fantastiskt koncept, men det är fortfarande 5–6 år från kommersiell skala. I teorin är ett solid-state-batteri extremt säkert, eftersom du tar bort (för närvarande använda) flytande elektrolyter och lägger i fasta elektrolyter vilket gör att du punkterar inte risk för brand. Problemet? Litiumjon har svårt att röra sig genom fasta elektrolyter jämfört med flytande. Den andra utmaningen är kostnaden. Verkligen sällsynta material - inklusive lantan, zirkonium och silver (i vissa fall) - kan krävas för att göra ett effektivt solid state-batteri. För närvarande finns det bara inte tillräckligt med dessa material tillgängliga för att det ska vara praktiskt i kommersiell skala. Toyota har arbetat med detta sedan 2010 och det har fortfarande inte en cell som är ekonomiskt lönsam.
Teslas branschledarskap, genom åren, kommer ner på en kumulativ ansträngning (mer om detta nedan) - som erhållits som ett resultat av dess vertikala integration. Tesla kontrollerar vilken typ av mineraler den får och sedan vet den hur man bygger celler, moduler och förpackningar från dessa. Som ett resultat kan Tesla optimera varje steg i kedjan. Däremot har GM (och andra äldre biltillverkare) inte denna nivå av kontroll. I sin tur brukar de köpa förpackningar från LG Chem, CATL, SK Innovation och andra och helt enkelt sätta ihop det.
Tesla har möjligheten att förnya och konstruera sina batterier för att specifikt optimera deras prestanda och livslängd för Teslas bilar. Och det stannar inte där. Tesla arbetar också med sina egna anoder, katoder, elektrolyter och cell-to-pack-teknik. Dessutom har Tesla Maxwell och Hibar för att göra en mer effektiv tillverkning – det är en omfattande kumulativ insats som skiljer Tesla från andra som går in i elbilsutrymmet.
Video:Tesla Geeks Show; Gästbidragsgivare:Eli Burton är stolt över att vara vän med Real Life Starman och har precis deltagit i SpaceX-lanseringen nyligen. Han är också ordförande och grundare av My Tesla Adventure Tesla Owner Club. Eli är också medvärd för podcasten Tesla Geeks Show och skapare av serietidningsserien The Adventures of Starman.
Utvald bild med tillstånd av CleanTechnica. Köpguide, batterier
