Las baterías de iones de litio acaban de dar un gran salto en un producto diminuto

El grito 4.0. ALARIDO

Una empresa de materiales en Alameda, California, ha pasado la última década trabajando para aumentar la energía almacenada en las baterías de iones de litio, un avance que podría permitir dispositivos más pequeños y vehículos eléctricos con un alcance mucho mayor.

Sila ha desarrollado partículas a base de silicio que pueden reemplazar el grafito en los ánodos y contener más iones de litio que transportan la corriente en una batería.

Ahora, la empresa está lanzando su producto al mercado por primera vez, proporcionando una parte del polvo de ánodo en la batería del próximo Alarido 4.0, un wearable de fitness. Es un dispositivo pequeño, pero potencialmente un gran paso adelante en el campo de las baterías, donde los resultados de laboratorio prometedores a menudo no se traducen en un éxito comercial.

Piense en el Whoop 4.0 como nuestro Coche descapotable Tesla , dice Gene Berdichevsky, CEO de Sila, quien como séptimo empleado de Tesla ayudó a resolver algunos de los desafíos críticos de la batería para el primer vehículo eléctrico de la compañía. Es realmente el primer dispositivo en el mercado que está demostrando este avance.

Celdas de batería producidas con partículas a base de silicio de Sila.

SILA

Los materiales de la compañía, con una ligera ayuda de otros avances, aumentaron la densidad de energía en la batería del rastreador de actividad física en alrededor de un 17 %. Esa es una ganancia significativa en un campo que generalmente avanza unos pocos puntos porcentuales al año.

Es equivalente a unos cuatro años de progreso estándar, pero en un gran salto, dice Venkat Viswanathan, profesor asociado de ingeniería mecánica en la Universidad Carnegie Mellon.

Sila todavía enfrenta algunos desafíos técnicos reales, pero el avance es una señal prometedora del potencial de las baterías cada vez más capaces para ayudar al mundo a alejarse de los combustibles fósiles a medida que se aceleran los peligros del cambio climático. Aumentar la cantidad de energía que las baterías pueden almacenar facilita que las fuentes de electricidad cada vez más limpias alimenten más edificios, vehículos, fábricas y negocios.

Para el sector del transporte, una batería con mayor densidad de energía puede reducir los costos o ampliar el alcance de los vehículos eléctricos, abordando dos de los problemas más importantes que han desalentado a los consumidores a renunciar a sus consumidores de gasolina. También promete entregar baterías de red que pueden ahorrar más energía de los parques solares y eólicos, o dispositivos de consumo que duran más entre cargas.

La densidad de energía es la clave para la electrificación de todo, dice Berdichevsky, un Innovador menor de 35 en 2017.

En el caso del nuevo dispositivo portátil de fitness, los nuevos materiales de la batería y otras mejoras hicieron posible que Whoop, con sede en Boston, redujera el tamaño del dispositivo en un 33 % y mantuviera cinco días de duración de la batería. El producto ahora es lo suficientemente delgado como para insertarse en prendas inteligentes y usarse como un reloj. Sale a la venta el 8 de septiembre.

Sila, que anunció $590 millones en financiamiento en enero, también tiene asociaciones para desarrollar materiales de batería para fabricantes de automóviles, incluidos BMW y Daimler. La compañía ha dicho que su tecnología podría eventualmente almacenar hasta un 40% más de energía en baterías de iones de litio.

prevención de incendios

Berdichevsky fue entrevistado y consiguió su trabajo en Tesla antes de su último año en la Universidad de Stanford, donde estaba trabajando para obtener un título en ingeniería mecánica. Terminó desempeñando un papel clave en abordar un riesgo potencialmente existencial para la empresa: que un incendio en cualquiera de las miles de baterías empacadas en un vehículo incendiaría todo el paquete.

Estableció un programa para evaluar sistemáticamente una serie de diseños de paquetes de baterías. Después de cientos de pruebas, la empresa desarrolló una combinación de arreglos de baterías, materiales de transferencia de calor y canales de enfriamiento que evitaron en gran medida los incendios desbocados.

Después de que Tesla lanzó el Roadster, Berdichevsky sintió que tenía que comprometerse por otros cinco años para ayudar a la compañía a desarrollar el próximo vehículo, el Modelo S, o aprovechar la oportunidad para probar algo nuevo.

Al final, decidió que quería construir algo propio.

Gene Berdichevsky, director ejecutivo y cofundador de Sila.

DAVID PAUL MORRIS/SILA

Berdichevsky volvió a Stanford para realizar un programa de maestría en el estudio de materiales, termodinámica y física, con la esperanza de encontrar formas de mejorar el almacenamiento en el nivel fundamental. Después de graduarse, pasó un año como empresario residente en Sutter Hill Ventures, buscando ideas que pudieran formar la base de su propio negocio.

Durante ese tiempo, se encontró con un científico papel identificar un método para producir partículas a base de silicio para ánodos de baterías de iones de litio.

Los investigadores han visto durante mucho tiempo al silicio como una forma prometedora de aumentar la energía en las baterías, porque sus átomos pueden unirse con 10 veces más iones de litio por peso que el grafito. Eso significa que contienen muchas más moléculas cargadas que producen la corriente eléctrica en una batería. Pero los ánodos de silicio tendían a desmoronarse durante la carga, ya que se hinchaban para acomodar los iones que iban y venían entre los electrodos.

El artículo, en coautoría con el profesor del Instituto de Tecnología de Georgia Gleb Yushin, destacó la posibilidad de desarrollar materiales rígidos de silicio con un núcleo poroso que podría más aceptar y liberar fácilmente los iones de litio .

Al año siguiente, Berdichevsky cofundó Sila con Yushin y Alex Jacobs, otro exingeniero de Tesla.

Obstáculos y retrasos

La compañía pasó la próxima década ajustando sus métodos y materiales, trabajando en más de 50,000 iteraciones de la química mientras aumentaba su capacidad de fabricación. Desde el principio, decidió desarrollar materiales directos que los fabricantes de baterías de iones de litio pudieran intercambiar, en lugar de seguir la ruta más costosa y riesgosa de producir baterías completas.

Sin embargo, Sila no está tan avanzada como inicialmente esperaba.

Después de obtener varios millones de dólares de la división ARPA-E del Departamento de Energía de EE. UU., la compañía le dijo a la agencia de investigación que sus materiales podrían estar en productos para 2017 y en vehículos para 2020. En 2018, cuando Sila anunció su acuerdo con BMW, dijo que sus partículas podrían ayudar a impulsar los vehículos eléctricos del fabricante de automóviles alemán para 2023.

Berdichevsky dice que la compañía ahora espera estar en vehículos más como para 2025. Dice que resolver los problemas de la última milla fue simplemente más difícil de lo que esperaban. Los desafíos incluyeron trabajar con los fabricantes de baterías para obtener el mejor rendimiento de los nuevos materiales.

Éramos ingenuamente optimistas sobre los desafíos de escalar y llevar productos al mercado, dijo en un correo electrónico.

Las noticias de Whoop indican que Sila pudo diseñar las partículas de una manera que ofrece seguridad, ciclos de vida y otros puntos de referencia de rendimiento de la batería similares a los logrados en los productos existentes.

Pero es notable que las partículas de Sila proporcionarán solo alrededor del 25% de la capacidad en el ánodo de la batería, y los materiales de grafito estándar proporcionarán el resto.

Viswanathan dice que la prueba más grande pasará de reemplazar parcialmente el grafito a reemplazarlo por completo. Eso requiere un mayor nivel de precisión y rendimiento, que él describe como la diferencia entre batear un doble y un jonrón.

Además, dice, la compañía aún enfrenta desafíos importantes que van desde los dispositivos de consumo hasta las demandas más rigurosas de los vehículos eléctricos. Los automóviles, camiones y autobuses necesitan baterías extremadamente seguras y con gran densidad de energía que se carguen rápidamente y duren muchos ciclos de vida, entre otras cosas. El problema con la química de las baterías es que mejorar los materiales y los procesos involucrados en un estándar de rendimiento a menudo puede tener el costo de otros, dice Viswanathan.

Berdichevsky dice que los materiales de la batería de Sila reemplazarán por completo al grafito en su próximo producto comercial, que dice está bloqueado y cargado con un socio que aún no puede anunciar. Y a diferencia de otros materiales prometedores para baterías que atraen la atención de la prensa y los inversores en estos días, como el metal de litio , los materiales de silicona de Sila ya están en los productos.

Somos grandes creyentes de que la esperanza y la exageración no cambian el mundo, el envío lo hace, dice.

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