Tiefes Eintauchen in das Patent der Tesla Tabless-Elektrode vor dem Batterietag

von Eva Fox Mai 31, 2020

Deep Dive Into Tesla Tabless Electrode Patent Before Battery Day

Im November 2019 meldete Tesla das Patent "Zelle mit einer Tablettenelektrode" an Tesmanian früher beschrieben. Alle Erfindungen von Tesla zur Entwicklung von Batterien sind unglaublich wichtig, da das Unternehmen bestrebt ist, eine Batterie zu entwickeln, die billiger herzustellen ist und eine höhere Leistung aufweist als die derzeit auf dem Markt befindlichen. Dieses Patent ist jedoch sehr wichtig, was von Elon Musk, CEO von Tesla, betont wurde.


Yutuber Der begrenzende Faktormachte auch besonders auf dieses Patent aufmerksam und half, es genauer zu betrachten, um die Bedeutung dieser Erfindung zu verstehen.

Im Patent "Zelle mit einer Tablettenelektrode" sehen wir das Grunddiagramm einer zylindrischen Batteriezelle. Wie aus der folgenden Abbildung ersichtlich ist, gibt es eine Kathode und eine Anode, und zwischen ihnen befindet sich ein innerer Separator, der verhindert, dass sie sich berühren. Wenn sie sich berühren und der Akku voll aufgeladen ist, explodieren sie.

Quelle:Der begrenzende Faktor/Youtube

Auf der Außenseite der Rolle befindet sich auch ein Separator, der als äußerer Separator bezeichnet wird. Er erfüllt die gleiche Sicherheitsfunktion wie der innere Separator. Wenn alle diese Blätter gefaltet sind, bilden sie eine Spirale, die als Geleerolle bezeichnet wird. Ein externer Separator verhindert, dass sich Kathode und Anode berühren.

Obwohl die Kathode und die Anode als eine einzelne Schicht betrachtet werden, weist jede von ihnen eine aktive Materialschicht auf, die Energie speichert. Das aktive Material haftet an der Kollektorfolie, die Elektrizität zur und von der Batteriezelle leitet. Das Patent von Tesla bezieht sich im Wesentlichen auf diese Ebenen. Daher hat The Limiting Factor eine separate Zeichnung erstellt, um das Verständnis der Funktionsweise zu erleichtern.

Quelle:Der begrenzende Faktor/Youtube

Die Folie von Kathoden und Anoden wird üblicherweise als Elektrode bezeichnet. Tesla hat eine neue Methode erfunden, um diese Elektroden mit einer Batteriezelle zu verbinden, was enorme Auswirkungen auf die Leistung einer Batteriezelle hat.

Das Bild unten zeigt einen typischen Verbindungspunkt, bei dem es sich um eine Lasche handelt, und den Verbindungspunkt von Tesla, bei dem es sich um den Versatz des aktiven Materials handelt, um das blanke Metall für die Verbindung freizulegen.

Um die Vorteile der Tesla-Methode besser zu verstehen, führte The Limiting Factor einen parallelen Vergleich durch. Ein typisches Tab-Design (oben in der Abbildung unten) und Teslas Tabless-Design (unten in) Zahl). Teslas Patent zeigt eine Kathode mit Registerkarten und eine Tablettenanode. In dem Patent wird mehrmals erwähnt, dass die tatsächliche Implementierung sowohl auf den Abdeckungen als auch auf den Enden der Batteriezelle eine Tablette aufweisen kann.

Quelle:Der begrenzende Faktor/Youtube

Ein typisches Batteriedesign weist mehrere Nachteile auf:

  1. Die Lasche ist mit der Folie verschweißt, die von oben herausragt. Die Elektrodenfolie hat ungefähr die gleiche Dicke wie gewöhnliche Küchenaluminiumfolien, wodurch das Schweißen der Zunge mit der Elektrodenfolie unsicher und fehleranfällig wird. Dies erhöht das Risiko fehlerhafter Artikel;
  2. Ein solcher Produktionsprozess wird komplizierter und erhöht die Kosten.
  3. Elektronen müssen vom gesamten Blatt zur Lasche gelangen, um die Zelle zu verlassen und umgekehrt. Dies ist ein Engpass, da sich die Elektronen entlang der Länge des Blattes bewegen, in das sie schneiden, und die Temperatur steigt.
  4. Da Elektronen den Weg des geringsten Widerstands durch die Folie finden, entstehen heiße Stellen elektrischer Aktivität, die als Stromablenkung bezeichnet werden, die auch zu heißen Stellen chemischer Aktivität führen, an denen der Strom am stärksten ist.
  5. Von der Elektrode ist nur ein dünnes Metallstück mit der Kappe der Zelle verbunden. Die Temperatur einer typischen Zelle ist aufgrund der geringeren Menge an leitendem Mosetial, das mit der Zelle verbunden ist, schwieriger zu kontrollieren.


    Quelle:Der begrenzende Faktor/Youtube

    Das Tabless-Design hat mehrere Vorteile:

    1. es ist ohne Laschen zum Schweißen und dies eliminiert den Schritt im Produktionsprozess und die Anzahl der defekten Zellen;
    2. das Fehlen von Engpässen bedeutet weniger Widerstand und Wärmeableitung und sogar die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion durch das aktive Material;
    3. um die gesamte Kante wird die Elektrode zu einem Heizkörper, der die gesamte Oberfläche perfekt kühlt.

    Quelle:Der begrenzende Faktor/YouTube

    Tatsächlich vereinfacht das Entfernen der Lasche nicht nur den Herstellungsprozess, sondern reduziert auch den ohmschen Widerstand in der negativen Elektrode während des elektrochemischen Zyklus um das 5- bis 20-fache.

    So kann eine elektrochemische Zelle laut Patent auch deutlich weniger Stromabweichung aufweisen, die Phänomene, bei denen einige Elektrodenregionen mehr oder weniger Strom als andere Regionen über ihre Zykluslebensdauer passieren. Der Strom wird bevorzugt auf Pfaden wandern, auf denen der Widerstand am geringsten ist, was in Ermangelung anderer Faktoren in der Regel auf Pfaden näher an der Registerkarte liegt, wo der ohmsche Widerstand am geringsten ist.

    Stromabweichung ist in elektrochemischen Zellen extrem unerwünscht, da sie zu lokalen Elektroden-Hotspots führen kann, in denen große Überpotenziale erzeugt werden, was zu unerwünschten chemischen Reaktionen führt, die die Lebensdauer der Zelle verkürzen.

    Maxwells Trockenelektrodentechnologie, die mit einem Tischdesign mit geringerem Widerstand erzeugt wird, wäre ein Sprung für Teslas Zellphysik. Dies würde es Tesla ermöglichen, die Größe seiner Batterien zu erhöhen und die Temperaturregelung größerer Batteriezellen zu verbessern. So könnte Tesla weniger Zellen verwenden, was die Kosten und die Zeit für die Produktion reduzieren würde.

    Tesmanian hatte zuvor berichtet, dass die neue Tesla-Batterie nach Informationen einer mit dem Fall vertrauten Person mindestens 30 % mehr Kapazität haben und um ein Vielfaches billiger in der Herstellung sein wird. Der Produktionsprozess wird äußerst effizient sein und erhebliche Kapitalkosten für die Ausrüstung einsparen. In diesem Szenario scheint ein 130kWh-Pack möglich. Es wurde auch bekannt, dass die neue Zelle einen Durchmesser von etwa 1,57 Zoll haben wird. Die neue Batterie wird einen anderen Formfaktor haben, so dass sie höchstwahrscheinlich für Semi und/oder Cybertruck verwendet wird. Nach den Daten aus den neuesten Patenten scheint diese Information wahr zu sein.

     

    Ausgewähltes Bild:@CybertruckOC




    ← Vorheriger  / Nächster →