Snelle vooruitgang in de batterijchemie in combinatie met veranderende mobiliteitsgewoonten vormen een uitdaging voor de traditionele benadering van het optimaliseren van batterijprestaties. Hier legt Dr. Doron Myersdorf, CEO van de pionier op het gebied van extreem snel opladen, StoreDot, uit waarom batterijfabrikanten nieuwe manieren moeten vinden om de veelzijdigheid van batterijprestaties op chemisch niveau te vergroten om een breed scala aan behoeften van bestuurders te ondersteunen, en schetst enkele van de implicaties van nieuwe rijpatronen voor de bredere EV-industrie.
Dr. Doron Myersdorf, CEO, StoreDot De sector van elektrische voertuigen (EV) evolueert in een beginnend snel tempo, en nergens is dit duidelijker dan op het gebied van batterijontwikkeling. Radicale nieuwe benaderingen van batterijchemie stellen technologieontwikkelaars in staat uitdagingen aan te gaan die zelfs vijf jaar geleden als onmogelijk werden beschouwd, zoals de mogelijkheid om een EV in slechts vijf minuten volledig op te laden. Het doel van al dit harde werken? Om de EV-rijervaring te optimaliseren en de overgang naar volledig elektrische mobiliteit te versnellen door de belangrijkste barrière voor adoptie van vandaag te overwinnen:bereik en oplaadangst. Naarmate de batterijchemie zelf blijft evolueren, wordt het echter duidelijk dat de traditionele benadering van de industrie om de prestaties van de levenscyclus te optimaliseren dat ook moet doen.
Laten we beginnen met de manier waarop de prestaties van de levensduur van de batterij traditioneel worden gemeten. Dit is gebaseerd op drie belangrijke parameters:energiedichtheid, laadsnelheid en aantal laad-ontlaadcycli. Deze variabelen zijn nauw met elkaar verweven, wat betekent dat als we de ene optimaliseren, de andere verslechteren. Als zodanig is batterijoptimalisatie grotendeels afhankelijk van het vinden van de beste combinatie van deze drie parameters. In veel opzichten is dit een redelijk voorspelbaar proces, en het betekent dat als we een batterij zes uur opladen, we weten dat deze waarschijnlijk ongeveer 2000 cycli zal leveren.
De komst van nieuwe batterijtechnologieën, samen met een groeiende verfijning van batterijbeheersystemen en veranderende rijgewoonten veranderen het spel. Plots zijn batterijprestaties niet meer zo deterministisch; in plaats daarvan kan het in de loop van de tijd veranderen, afhankelijk van hoe het voertuig wordt bestuurd en opgeladen. Dit betekent dat ook onze mindset moet veranderen. Feit is dat we de batterijprestaties niet op dezelfde manier kunnen blijven optimaliseren als voorheen, als een statische functie. Het moet gerelateerd zijn aan het profiel van de bestuurder en het moet dynamisch zijn.
Voor ontwikkelaars van batterijtechnologie is het bijzonder relevant om de gewoonten van de EV-bestuurders van de toekomst te identificeren. Hoewel batterijbeheersystemen ons de flexibiliteit bieden om bepaalde parameters in de loop van de tijd te wijzigen als de behoeften van een bestuurder veranderen - bijvoorbeeld als ze van baan veranderen en plotseling hun auto vaker of voor langere ritten moeten gebruiken - staat de batterijchemie vast. Daarom is het zo belangrijk om ervoor te zorgen dat de gekozen chemie en het ontwerp van de batterij zo goed mogelijk aansluiten bij de verwachte behoeften van de bestuurder.
Dit besef bracht ons ertoe om na te denken over hoe de EV-bestuurder van de toekomst eruit zou zien en hoe dit hun rij- en laadgewoonten zou beïnvloeden. In werkelijkheid zullen er honderden verschillende bestuurdersprofielen zijn, maar laten we ons omwille van de eenvoud concentreren op slechts drie. Ten eerste is er de moeder uit de voorsteden, die haar auto voornamelijk gebruikt voor korte ritten en haar auto 's nachts thuis oplaadt. Aan de andere kant van het spectrum is er de zakenman die regelmatig lange reizen maakt, vaak in hotels; voor hem of haar is regelmatig snelladen essentieel. Dan is er de chauffeur die ergens tussen de twee uitersten valt, zijn auto gebruikt voor zowel korte als lange ritten en daarom zowel langzaam als snel moet opladen.
Voor elk van deze verhalen is er een implicatie voor de specificatie van de batterij. Als een bestuurder bijvoorbeeld altijd snel oplaadt, moeten we kijken hoe we de chemie optimaliseren op basis van dat soort gedrag om de beste afweging te maken tussen energiedichtheid en levensduur voor die specifieke bestuurder.
Snelle vooruitgang in batterijchemie in combinatie met veranderende mobiliteitsgewoonten vormen een uitdaging voor de traditionele benadering van het optimaliseren van batterijprestaties Er zijn veel chemische en elektrochemische overwegingen waarmee rekening moet worden gehouden om de formulering en het ontwerp van de batterij te optimaliseren op basis van de behoeften van de bestuurder. Dit omvat het vaststellen van de optimale combinatie van grafiet, silicium en/of andere metalloïden in de anode, het bepalen van de juiste kathode-tot-anode-belastingverhouding en ervoor zorgen dat de boven- en ondergrens van de afsnijspanning van de batterij binnen veilige grenzen blijven. Elke beslissing die we nemen heeft echter gevolgen voor andere elementen van de batterijchemie en het ontwerp, en hier moet dus rekening mee worden gehouden tijdens de ontwerpfase.
Toen we onze technologie voor extreem snel opladen (XFC) ontwikkelden, was een van de belangrijkste uitdagingen die we moesten overwinnen, het beheer van de uitbreiding van silicium tijdens het snellaadproces. We hebben dit bereikt door nanodeeltjes te gebruiken die worden gecombineerd in een 3D-structuur om ruimte te bieden voor de deeltjes om uit te zetten zonder de algehele structuur of het volume van de anode dramatisch te beïnvloeden. Bij het ontwerpen van batterijen die passen bij een bepaald operationeel model, moeten we niet alleen de beste combinatie van materialen bepalen om de parameters te optimaliseren die het belangrijkst zijn voor de bestuurder, maar ook hoe elke combinatie de structuur van de anode beïnvloedt. Dus hoewel batterijen die zijn geoptimaliseerd voor zowel XFC als langzaam opladen siliciumdominant kunnen zijn, vereist alleen de XFC-batterij het gebruik van nanodeeltjes om de uitzetting van het silicium tijdens het snellaadproces te regelen.
Om de zaken nog ingewikkelder te maken, wordt de structuur van de anode ook beïnvloed door het type elektrolyt en elektrolytadditieven die worden gebruikt als onderdeel van de SEI-laag wanneer de ionen van kathode naar anode gaan. Omdat de keuze van additieven afhankelijk is van of een batterij is geoptimaliseerd voor XFC, langzaam opladen of ergens tussenin, moet dit ook worden beschouwd als onderdeel van het algehele anodeontwerp.
De combinatie van materialen die in de anode worden gebruikt, heeft ook invloed op de boven- en ondergrens van de uitschakelspanning van de batterij, dus dit is een andere variabele waarmee rekening moet worden gehouden tijdens de ontwerpfase. Evenzo moeten we ook rekening houden met hoe het operationele model van het voertuig de kathode-tot-anode-belastingverhouding (C tot A-verhouding) van de batterijcel zal beïnvloeden. Het bepalen van de juiste C tot A-verhouding is cruciaal om ervoor te zorgen dat er in elke laad- en ontlaadcyclus een volledig omkeerbare reactie is, wat betekent dat al het lithium volledig heen en weer kan worden overgedragen tussen de kathode en de anode. Bij het ontwerpen van de batterij kunnen we de grootte van de kathode of de anode met ongeveer 5% vergroten om de lithiumoverdracht in evenwicht te brengen, aangezien elke optie een ander punt van optimalisatie biedt. In een batterij die is geoptimaliseerd voor snel opladen, moet de kathode iets groter zijn, terwijl in een batterij die is geoptimaliseerd voor langzaam opladen, de grootte van de anode zou kunnen worden vergroot.
Het is belangrijk om ervoor te zorgen dat de chemie en het ontwerp van een EV-batterij zo goed mogelijk aansluiten bij de verwachte behoeften van de bestuurder Dit zijn slechts enkele van de manieren waarop batterijtechnologie kan worden aangepast om beter te voldoen aan de veranderende behoeften van toekomstige EV-bestuurders. De voordelen van een meer klantgerichte benadering reiken echter veel verder dan het verbeteren van de batterijprestaties. Het op grote schaal vastleggen van gegevens over rijgewoonten zal bijvoorbeeld van onschatbare waarde zijn voor infrastructuuraanbieders bij het bepalen van het aantal en het type laadpunten dat nodig is, d.w.z. of er op elke specifieke locatie langzaam laden of snellaadpunten moeten worden geïnstalleerd.
Dit vereist een gestandaardiseerde benadering van de manier waarop gegevens worden verzameld en verspreid onder de relevante belanghebbenden. Dit proces moet beginnen op het moment van aankoop, waarbij de winkelier een reeks vragen stelt, zoals 'op een schaal van 1-10, hoe belangrijk is snelladen voor u?'. Een andere aanpak is om de klant toestemming te vragen om hun Google Driver Analytics te downloaden en zo met één druk op de knop toegang te krijgen tot essentiële informatie zoals gemiddelde reistijd, afstand, rijsnelheid en laadgedrag. De detailhandelaar kan zijn klanten dan helpen om niet alleen het beste voertuig voor hun levensstijl te kiezen, maar ook het optimale batterijtype op basis van hun specifieke rij- en laadgewoonten.
Als we verder op de weg kijken, zien we dat de laatste stop in deze reis standaard volledig op maat gemaakte batterijen zal zijn. Hoewel we op dit moment nog ver verwijderd zijn van het bereiken van dit doel, is het van vitaal belang dat nu de nodige bouwstenen worden geplaatst. Alleen door bestuurders stevig aan het stuur te zetten, kunnen we met succes de volgende fase van de ontwikkeling van EV-batterijen openen.
Het op grote schaal vastleggen van gegevens over rijgedrag is van onschatbare waarde voor infrastructuuraanbieders bij het bepalen van het aantal en het type benodigde oplaadpunten 