Мобильные технологии становятся всё мощнее и компактнее, а аккумуляторы остаются неизменными на протяжении десятилетий. Уменьшить себестоимость производства оказалось проще, нежели повысить плотность хранения энергии, ускорить подзарядку и увеличить долговечность, сохранив при этом безопасность. Каждый год различные разработчики рекламируют новые технологии аккумуляторов, но до массового распространения они не добираются. Наконец, разработка Sila Nanotechnologies нашла реальное применение.
Занимающаяся отслеживанием фитнеса компания Whoop на этой неделе представила носимое устройство с многочисленными чипами и датчиками в составе крошечного корпуса на запястье. Устройство может отслеживать работу сердца, физическую активность, параметры сна, температуру тела, уровень кислорода в крови и т.д. Ещё интереснее уменьшение размера на треть по сравнению с предшественником и при этом возможность работать 5 дней без подзарядки.
Это стало результатом десятилетнего труда стартапа Sila Nanotechnologies, основанного одним из бывших сотрудников Tesla. Среди поддерживающих этот стартап компаний можно назвать автогиганты BMW и Daimler. С 2011 года она искала наиболее подходящий для анода аккумуляторов материал.
Этим материалом стал кремний. Его атомы обладают теоретической возможностью удерживать в 10 раз больше электронов по сравнению с графитом, который часто применяется при изготовлении анодов. Вот только на практике использовать кремний трудно, поскольку приходится увеличивать сложность батарей для обеспечения безопасности и долговечности.
При подзарядке кремний при взаимодействии с литием расширяется в три с лишним раза, при разрядке настолько же сокращается. Естественно, долго в таком режиме батарея не протянет. Графит расширяется примерно на 7% и не так сильно влияет на структурную целостность батареи.
Чтобы обойти эту проблему, различные разработчики добавляли в анод не больше 10% кремния. Если изготавливать анод из чистого нанокремниевого сплава, батарея способна выдержать не больше 100 циклов перезарядки без дорогих мер, с которыми промышленное производство батарей окажется экономически невыгодным.
Инженеры Sila смогли полностью заменить графит и повысить плотность хранения энергии на 20% при использовании традиционных методов производства батарей. Кроме того, необходимое сырьё повсеместно доступно.
Добиться этого удалось за счёт специальной структуры частиц, которая даёт кремнию возможность расширяться внутри этой структуры, а электролит остаётся снаружи. Аккумулятор способен выдержать тысячи циклов перезарядки. В устройстве Whoop 4.0 обещана поддержка 500 полных циклов перезарядки анода, чего хватит на несколько лет эксплуатации.
В этой батареи анод содержит 25% кремния, так что есть ещё к чему стремиться. Пока она применяется только в миниатюрном устройстве на запястье, но разработчики уверены в возможности масштабирования. В том числе такие батареи могут добраться до автомобилей.
Sila изначально разрабатывала эти батареи с прицелом на электромобили. Она создала объёмный реактор с повышенной производственной мощностью по сравнению с планарными реакторами. Последний реактор обладает объёмом в 10000 раз больше по сравнению с лабораторным.
Теперь его хотят увеличить ещё в 100 раз, до ёмкости 500000 л. Этого будет достаточно для производства большого количества батарей для электромобилей. От инвесторов уже удалось получить $590 млн на строительство крупного предприятия.
