Eine Millionen-Meilen-Tesla-Batterie wird bald hier sein

Wir alle wissen und verstehen, dass das Herz eines jeden Elektrofahrzeugs eine Batterie ist. Das Problem ist jedoch, dass eine vollständige Entladung und ein tägliches Aufladen die Batterie stark belastet und ihre Komponenten schneller zerstört. Deshalb ist es so wichtig, dieses Problem zu verstehen.

Der Tweet von Elon Musk im April 2019 warf viele Fragen und Überlegungen auf:

Die Antriebseinheit und Karosserie des Modells 3 ist wie ein Nutzfahrzeug für eine Lebensdauer von einer Million Meilen ausgelegt. Aktuelle Batteriemodule sollten 300 bis 500 km (1500 Zyklen) halten. Das Ersetzen von Modulen (nicht Packen) kostet nur 5.000 bis 7.000 US-Dollar.

- Elon Musk (@elonmusk) 13. April 2019

Natürlich betrachteten einige Leute diese Aussage als falsch. Aber das ist Elon Musk und er erledigt immer Dinge.

Im September veröffentlichte eine Gruppe von Batterieforschern an der Dalhousie University, die eine exklusive Vereinbarung mit Tesla hat, im Journal of the Electrochemical Society einen Artikel, in dem eine Lithium-Ionen-Batterie beschrieben wird, die „ein Elektrofahrzeug für über 1 Million antreiben kann Meilen “, während er während seiner Lebensdauer weniger als 10 Prozent seiner Energiekapazität verliert.

Unter der Leitung des Physikers Jeff Dahn, eines der weltweit führenden Lithium-Ionen-Forscher, zeigte die Dalhousie-Gruppe, dass ihre Batterie alle zuvor beschriebenen ähnlichen Lithium-Ionen-Batterien deutlich übertrifft. Sie stellten fest, dass ihre Batterie besonders für selbstfahrende Roboterachsen nützlich sein könnteund Langstrecken-Elektrofahrzeuge, zwei Produkte, die Tesla entwickelt.

Die im Papier beschriebenen Lithium-Ionen-Batterien verwenden Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid oder NMC für die positive Elektrode (Kathode) der Batterie und künstlichen Graphit für die negative Elektrode (Anode). Der Elektrolyt, der Lithiumionen zwischen den Elektrodenanschlüssen befördert, besteht aus einem Lithiumsalz, das mit anderen Verbindungen gemischt ist.

Es ist seit langem bekannt, dass NMC / Graphit-Chemikalien die Energiedichte und Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien erhöhen. Aber niemand außer Tesla konnte so positive Ergebnisse erzielen. Die Mischung aus Elektrolyt und Additiven ist letztendlich Gegenstand von Geschäftsgeheimnissen.

Dahns Team erzielte seine enormen Leistungssteigerungen durch viele Optimierungen dieser bekannten Inhaltsstoffe und durch die Optimierung der Nanostruktur der Batteriekathode. Anstatt viele kleinere NMC-Kristalle als Kathode zu verwenden, verwendet diese Batterie größere Kristalle. Diese „Einkristall“ -Nanostruktur entwickelt beim Laden einer Batterie mit geringerer Wahrscheinlichkeit Risse. Risse im Kathodenmaterial führen zu einer Verringerung der Lebensdauer und Leistung der Batterie.

Durch die Partnerschaft mit Tesla wurde Dahns Team mit der Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien beauftragt, die mehr Energie speichern und eine längere Lebensdauer haben als handelsübliche Batterien.

Die Energiedichte einer Lithium-Ionen-Batterie ist eine der wichtigsten Eigenschaften von Elektroautos wie dem von Tesla Modell 3. Kunden möchten mit einer einzigen Ladung lange Strecken fahren können. Die neueren Autos von Tesla können bis zu 370 Meilen pro Ladung erreichen, was weit außerhalb der Reichweite von Elektrofahrzeugen anderer Unternehmen liegt. Basierend auf dem durchschnittlichen amerikanischen Pendelverkehr schätzt Dahn, dass die meisten EV-Besitzer nur etwa eine viertel Gebühr pro Tag verbrauchen. Um eine Flotte von Robotaxis oder ein Imperium von Langstrecken-Elektrofahrzeugen zu bauen, benötigt Tesla eine Batterie, die jeden Tag vollständige Entladezyklen bewältigen kann.

Wie Dahn und sein Team in ihrem Benchmarking-Papier ausführlich darlegten, „muss man keinen Kompromiss mehr zwischen Energiedichte und Lebensdauer eingehen.“ Die Ergebnisse des Teams zeigen, dass die Batterien mehr als 4.000 Mal aufgeladen und entladen werden konnten und nur etwa 10 Prozent ihrer Energiekapazität verloren gingen. Zum Vergleich zeigte ein Papier aus dem Jahr 2014, dass ähnliche Lithium-Ionen-Batterien bereits nach 1.000 Zyklen die Hälfte ihrer Kapazität verloren haben.

"Viertausend Zyklen sind wirklich beeindruckend", sagt Greg Less, technischer Direktor am Batterielabor des Energy Institute der University of Michigan. "Eine Millionen-Meilen-Reichweite ist mit 4.000 Zyklen leicht zu bewältigen."

Shirley Meng, die das Labor für Energiespeicherung und -umwandlung an der UC San Diego leitet, sagt, dass viele Unternehmen für Elektrofahrzeuge Batterien mit höherem Nickelgehalt verfolgen, als es Dahns Papier und Patent beschreiben. Dieser Ansatz kann die Energiedichte einer Batterie erhöhen. Meng sagt, der nächste Schritt sei, diese Designs mit höherer Dichte mit einer leistungsstarken Mischung aus Elektrolyten und Additiven zu verschmelzen. Ob es die Formel dahns Gruppe perfektioniert ist, ist eine offene Frage.

"Ich glaube, das ultimative Ziel von Jeffs Team ist es, ein ultralanges Leben in einer Kathode mit hohem Nickelgehalt zu demonstrieren, aber vielleicht brauchen sie eine völlig andere Mischung aus dem Elektrolyt-Additiv-Cocktail", sagt Meng. "Ich glaube nicht, dass die gleiche Formel funktionieren wird, und deshalb haben sie alle Formulierungen veröffentlicht."

Welches Design auch immer in Teslas riesiger Gigafactory in Die Produktion kommt, die Zeichen stehen fest: Eine Million Meilen Batterie wird bald da sein.

Das Forscherteam glaubt, dass die 1-Millionen-Meilen-Marke erst der Anfang ist; Sie erwarten, dass Teslas schicke, neue, patentierte Batterie diesen erwarteten Benchmark tatsächlich übertreffen wird.