Tesla-Siliziumanode für 4680-Batteriezelle: Was ist das Geheimnis?

von Eva Fox September 28, 2020

Tesla Silicon Anode for 4680 Battery Cell: What's the Secret?

Der Tesla Battery Day war voller neuer Informationen, die eine große Anzahl von Menschen möglicherweise nicht vollständig geschätzt hat. Eine Reihe von Experten, Journalisten und Enthusiasten werfen jetzt Licht auf sehr wichtige Punkte des Batterietags, die nicht die gebührende Aufmerksamkeit erhalten haben. Einer der wichtigsten Schwerpunkte dieser Art ist die Siliziumanode.

Elektrifiziert/ YouTube, versuchte uns zu erklären, was genau das bedeutet. Er erklärt zunächst die Terminologie selbst, da Personen ohne besondere Kenntnisse die Namen Silicon vs Silicone vs Silica verwechseln können.

Silizium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Si und der Ordnungszahl 14. Es ist ein harter, spröder kristalliner Feststoff mit einem blaugrauen metallischen Glanz und ist ein vierwertiges Metalloid und ein Halbleiter.

EIN Silikon oder Polysiloxan sind Polymere aus Siloxan. Sie sind typischerweise farblose, ölige oder gummiartige Substanzen.

Silica oder Siliziumdioxid ist eine chemische Verbindung.

Während der Präsentation spricht Tesla speziell und ausschließlich darüber Silizium.

Während des Batterietags sagte Drew Baglino:

"Wir haben Silizium in den Autos, in denen Sie sich gerade befinden, und haben hochentwickelte, teure Materialien in das Schema der Dinge einbezogen. Jetzt sind sie immer noch großartig und ermöglichen einige der Vorteile von Silizium. Sie ermöglichen es einfach nicht alles und sie sind nicht skalierbar genug. "

Im Jahr 2015 sagte Elon Musk:

"Es ist eigentlich das Ergebnis einer verbesserten Zellchemie. Wir verschieben die Zellchemie für das aktualisierte Pack, um teilweise Silizium in der Anode zu verwenden. Dies ist nur eine Art kleiner Schritt in Richtung der Verwendung von Silizium in der Anode Wir verwenden immer noch hauptsächlich synthetischen Graphit, aber im Laufe der Zeit werden wir immer mehr Silizium in der Anode verwenden. "

Seitdem ist die Verwendung von Silizium zu einem sehr wichtigen Meilenstein in Lithium-Ionen-Batterien für Fahrzeuge und für die Elektronikindustrie im Allgemeinen geworden. Silizium wird allgemein als der nächste große Fortschritt angesehen, da die theoretische Ladungskapazität etwa das Zehnfache einer typischen Graphitanode betragen kann.

Moschus erklärte am Tag der Batterie gut, was eine Kathode und eine Anode sind:

"Ich wollte sagen, dass es schwierig ist, genau herauszufinden, was die richtige Analogie ist, um eine Kathode und eine Anode zu erklären. Aber ein Bücherregal ist wahrscheinlich ziemlich gut in dem Sinne, dass Sie eine stabile Struktur benötigen, um die Ionen zu enthalten. Also wollen Sie Eine Struktur, die nicht bröckelt oder klebrig wird, oder die im Grunde genommen ihre Form sowohl in der Kathode als auch in der Anode beibehält. Wenn Sie diese Ionen hin und her bewegen, muss sie ihre Struktur beibehalten. Wenn sie also nicht erhalten bleibt eine Struktur, dann verlieren Sie die Lebensdauer und Ihre Batteriekapazität sinkt sehr schnell. "

Quelle: Tesla

Silizium kann mehr Lithiumionen absorbieren, da diese beiden Materialien eine Legierung bilden, deren theoretische Kapazität viel höher ist als die von Graphit, deren Problem heute jedoch die Volumenexpansion ist.

Silizium ist nach Sauerstoff das am häufigsten vorkommende Element in der Erdkruste, was bedeutet, dass es überall ist. Das ist Sand. Und es ist günstig. Lösungen, um Silizium heute in die Anode zu bringen, haben folgende Kosten:


Quelle:Elektrifiziert/Youtube

Wenn Tesla Silizium implementiert, führt dies zu einer schrittweisen Änderung der Leistungsfähigkeit und zu Kosten von bis zu 1,20 USD / kWh, was etwa 6 bis 10 Mal billiger ist als die bisher verwendeten Methoden.

Das Problem mit Silizium bei diesen und anderen Verfahren ist, dass die Partikel reißen, die Energieretention verlieren, mit einer Passivierungsschicht oder einem Grenzflächen-Festelektrolyten zusammenkleben. Oder wie Musk erklärt:

"Im Grunde genommen zerbröckelt der Keks mit Silikon und wird klebrig. Genau das passiert."

Auf dieser Grundlage wird klar, dass die Anode mehr mechanische Stabilität benötigt, was ein Zerbröckeln verhindert und die Ionenleitfähigkeit fördert. Die Hauptherausforderung besteht darin, eine weitere Zersetzung des Elektrolyten zu verhindern.

Etwas, das Atomic Layer Deposition genannt wird, hat sich in der Tat bewährt, um die SiO-Schichtbildung zu stabilisieren und zu verhindern. Die Atomschichtabscheidung (ALD) ist eine Dünnschichtabscheidungstechnik, die auf der sequenziellen Verwendung eines chemischen Prozesses der Gasphase basiert. es ist eine Unterklasse der chemischen Dampfabscheidung. ALD ist ein Schlüsselprozess bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und Teil des Werkzeugsatzes, der für die Synthese von Nanomaterialien zur Verfügung steht.

Die Reduzierung der SiO-Schicht ermöglicht es uns, spezifische Leistung zu erhalten und einen höheren Lebenszyklus zu erreichen. Tesla beginnt also mit einem basismetallischen oder rohen metallurgischen Silizium. Drew Baglino erklärte:

"Was wir vorschlagen, ist eine Schrittweiseänderung der Fähigkeiten und eine Schrittänderung der Kosten. Und was das wirklich ist, nur zum rohen metallurgischen Silizium selbst zu gehen, das Basismetall nicht zu entwickeln, fange einfach damit an und entwerb damit, dass es sich in der Art und Weise erdacht, wie du über das Teilchen im Elektrodendesign denkst und wie du es beschichtst."


Quelle: Tesla

Ein Teil von Teslas "geheimer Soße" mit dieser neuen Anode ist, wie sie die Partikel beschichten. Beachten Sie, dass diese eine Änderung allein die Fahrzeugreichweite um 20 % erhöhen und die Produktionskosten um 5 % senken sollte.

 



Hier ist eine hypothetische Anzeige der Erhöhung der Reichweite um 20%:

Quelle:Elektrifiziert/YouTube

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