Добавить новость
ru24.net
News in English
Апрель
2022

How to build a better battery

0
Vox 

Eliana Rodgers for Vox

For the electric vehicle takeover, batteries need a major makeover.

This story is part of Recode by Vox’s Tech Support series, which explores solutions for our warming world.

When consumer lithium-ion batteries debuted in the 1990s, they were revolutionary: They recharged in a few hours or less and made our modern computers and phones truly portable. But three decades later, this battery technology is due for a major upgrade, since the harsh reality of climate change means that lithium-ion batteries don’t just need to power our devices, but our cars, too. That’s a lot harder.

Lithium-ion batteries became the go-to form of energy storage because they have an extremely high energy density, which means they can store a lot of energy within a relatively small volume. Lithium itself is the lightest metal on the periodic table, which makes lithium-ion batteries extra portable. As the technology has been incorporated into electric vehicles (EVs), though, these batteries have been pushed to their limit.

They can only be charged and discharged so many times, and we may have hit the upper limit of their storage capacity. This is one of the biggest concerns that people have with EVs since more capacity equals a longer driving range. Batteries also take up a huge amount of space in the cars that we already have, which means we can’t just add more batteries to get more range.

So, if this EV revolution is going to succeed, batteries need to get better. They need to go even farther on a single charge, and they need to weigh less. EV batteries also need to be less prone to bursting into flames, an issue that’s rare but very concerning. (Gas and hybrid cars have fire risks, too.) Chevy recently had to recall every Chevy Bolt it had ever sold due to battery fire risk. The lithium-ion batteries in cars today could benefit from new base components, too. They’re currently made from scarce materials, like cobalt and nickel, that are increasingly expensive. Shortages of these materials could ultimately hold back EV manufacturing across the auto industry, and RJ Scaringe, the CEO of the electric vehicle maker Rivian, recently warned that the world only makes less than 10 percent of the EV battery cells that it will need to produce a decade from now.

The race to address these problems is speeding up. Longtime battery manufacturers like CATL and LG Energy Solution are rethinking the fundamental chemistry of batteries so that they work better in EVs. Meanwhile, Ford and GM are investing in new battery research, hoping to get an edge over Tesla. Even the government is getting involved: In March, President Joe Biden invoked the Defense Production Act — a 1950 law that allows the president to boost domestic production of certain products in an emergency — to increase the country’s supply of the rare metals and materials used in EVs.

This is all well and good, but time is of the essence. Climate change is only accelerating, and every new car that runs on fossil fuels stands to exacerbate the threat. Luckily, better battery technology isn’t just in development; it’s starting to come to market.

The lithium-ion battery, explained

EVs aren’t powered by one big battery but rather thousands of smaller cells. Each cell has four key components that make up a battery: an anode, a cathode, a separator, and an electrolyte, which is usually a liquid. To power a device like a car, charged atoms or molecules called ions move from the anode to the cathode through the electrolyte, releasing their extra electrons along the way and producing electricity. To charge a battery, the opposite happens: Electrons flow into the battery, and the ions flow back from the cathode to the anode, creating potential energy that the battery can later discharge.

In the case of lithium-ion batteries, these ions are, naturally, lithium ions. Sony sold the first lithium-ion battery to power one of its camcorders, and the battery tech soon became ubiquitous for consumer electronics. In part because they’re now so widely available, automakers turned to lithium-ion batteries to power their electric cars. To do this, they usually pack dozens of lithium-ion battery cells into larger protective shells called modules. These modules are then assembled into an even larger battery pack, which powers the EV.

Lithium-ion batteries aren’t exactly perfect for EVs, however. Beyond the unlikely but real risk of bursting into flames, the average electric vehicle has a range of 260 miles. That’s enough to get around for day-to-day trips, but makes a lot of drivers worried about longer-range excursions.

Lithium itself has some problems, too. Lithium mining isn’t particularly environmentally friendly, and right now, the world doesn’t have enough lithium mines to supply enough material for the number of EV batteries that we probably need. There are also mounting concerns with other metals commonly used in lithium-ion batteries — namely cobalt, which is primarily extracted in the Democratic Republic of Congo and is linked to child labor and human rights concerns.

New materials

A relatively straightforward way to build a better battery involves incorporating different materials into the conventional lithium-ion technology. New materials come with their own benefits and drawbacks, and some combinations might be better for electric vehicles than others.

One of these combinations is called a lithium iron phosphate battery, which incorporates lower-cost materials into the battery’s cathode. While these batteries can’t pack in quite as much energy as other lithium-ion batteries, they allow automakers to build more batteries for less money and, thus, offer more EVs at a lower price. Lithium iron phosphate batteries are already widely used in China, and Tesla announced last fall that it would start using this chemistry in its standard-range vehicles.

Another approach changes up the materials in the battery’s anode. Many lithium-ion batteries currently have anodes made with graphite because it’s relatively cheap and lasts for a long time. But a handful of startups are instead using silicon, the same stuff used to make computer chips. Batteries with silicon anodes can hold 10 times as much charge as anodes made of graphite, and boost a battery’s overall energy capacity. Companies like Sila Nanotechnologies, NEO Battery Materials, and Enovix are currently perfecting their designs.

A solid idea

As its name implies, a solid-state battery uses a solid electrolyte instead of the traditional electrolyte. This solid material isn’t one giant block, but rather a layer of material like glass or ceramic. Solid electrolytes are more compact, which means that solid-state batteries can be smaller and store more energy. Another benefit is that solid electrolytes aren’t as flammable as traditional lithium-ion batteries, and also don’t require the same cooling infrastructure.

Solid-state batteries still face some real roadblocks. They’re expensive and difficult to mass manufacture, so they’ve primarily shown up in laboratories so far. Another challenge is that many solid-state battery designs have an anode made of lithium metal, instead of graphite. This lithium metal sometimes forms dendrites, branches of metal that leak from the anode and into the electrolyte, which can cause a solid-state battery to crack and short circuit.

That doesn’t make these batteries a dead end. They’ve already been incorporated into some pacemakers, earphone prototypes, and other electronic devices, and now auto giants are researching how to adjust the tech so that they can eventually work in cars, too. There are already some encouraging signs of progress: Volkswagen, Ford, and Stellantis have all invested in the technology. Toyota plans to release a hybrid vehicle that uses a solid-state battery by 2025, and Nissan hopes to launch an EV that uses solid-state batteries by 2028. Another company called QuantumScape has shared research suggesting that a solid-state battery can work — and charge faster than other batteries — when it’s combined with another idea: a battery that doesn’t need an anode at all.

Car-shaped batteries

Eventually, lithium-ion batteries may not look like batteries at all. They might just become a part of what they’re powering. That’s the idea behind structural batteries, which would have a battery double as another part of a vehicle, like the body of a car or the fuselage of a plane.

This could address a fundamental challenge with batteries, which is that they’re incredibly large and heavy. Allowing a vehicle part to also serve as an energy source could, theoretically, cut down on an EV’s overall size. It would also mean, potentially, using fewer raw materials overall.

This concept is gradually being incorporated into vehicles that are already on the road. Tesla has designed a new structural battery that will directly attach to the seats inside of its Model Y vehicle. Volvo, similarly, plans to cut down on their batteries’ footprint by designing them to also support the floor of their cars, and GM is already rolling out EVs that use batteries to reinforce their vehicles’ chassis. These might sound like small adjustments right now, but they could pave the way to cars that are entirely powered by their own frames, and possibly even planes, too.

The battery boom is getting even bigger

Powering vehicles will be a herculean task for batteries, but it won’t be the only one. In order to transition away from fossil fuels, we need to use renewable energy sources, like solar and wind energy. But because the sun and the wind aren’t always around when we need power, we need to store the energy that they provide for when we need it. That means our homes, cities, and even the electric grid will need batteries, ones that are really, really big.

These batteries won’t necessarily have the same needs as the batteries used in cars, just as the batteries we use for cars don’t have the same requirements as the batteries that power our phones. After all, a battery that stores energy for your house doesn’t need to be particularly light — it won’t move — and it doesn’t need to charge quickly, either. That means these batteries won’t necessarily need lithium at all, and could even be powered by emerging alternatives, like sodium and zinc. But while these individual batteries won’t all be the same, they’ll all play a critical role in powering the future and slowing climate change.

At least for the time being, anyway. It’s certainly possible that in the future, we could be powering our cars with futuristic fuels, or maybe even portable nuclear reactors. But all signs indicate that these technologies won’t be ready soon. For now, the battery is the best we’ve got.

Update, April 18, 11 am: This story was updated to include comments on battery tech supply made by the CEO of Rivian.




Moscow.media
Частные объявления сегодня





Rss.plus



Начальник Главного управления вневедомственной охраны Росгвардии вручил ключи от автомобиля многодетному отцу-росгвардейцу

Более 40 тысяч семей в Москве и области получают ежемесячные выплаты из средств материнского капитала

Столичные росгвардейцы задержали мужчину, подозреваемого в грабеже

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: С 1 августа Соцфонд увеличит страховые пенсии россиян


РГИСИ в Бурятии собирал залы зрителями всех возрастов - Театр, Культура и Концерт, Россия и Дети

3 завтрака на лето из разных уголков страны

Жители Балашихи помогут сделать родной город чище

22 июля Всемирный день мозга. Отвечаем на популярные вопросы о когнитивных расстройствах 


IWF signs off “state-of-the-art” training facilities for the Paris 2024 Olympics

Kamala Harris’s Record on Israel Raises Questions About Support for Jewish State if Elected US President

Why you should buy physical copies of your favorite books

Who is Ghetts and what character does the rapper play in Supacell?


В Севастополе подведены итоги работы военных следственных органов Следственного комитета России по Черноморскому флоту в первом полугодии текущего года

DCLogic вошла в топ-10 самых эффективных ИТ-компаний страны 2023 по версии CNews

Из-за дождя обрушилась насыпь дороги Шахтерск – Бошняково на Сахалине

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: Родители 240,5 тыс. детей в Московской области получают единое пособие


Warner Bros acquires MultiVersus devs as it shifts focus to free-to-play

Приключение-головоломка Arranger вышла на смартфоны и PC

Гайд по регистрации, установке и входу в Throne and Liberty для игроков из России и СНГ

Игра Legend of Goddess: The Last War с откровенными скинами персонажей появилась на Android



В Москве состоялся фестиваль «ДэнсхелпФест»

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: Более 12 тысяч жителей Москвы и Московской области получают повышенную пенсию за работу в сельском хозяйстве

Начальник Главного управления вневедомственной охраны Росгвардии вручил ключи от автомобиля многодетному отцу-росгвардейцу

«Норникель» внедрил решения на базе ИИ почти на всех производственных площадках




Столичные росгвардейцы задержали мужчину, подозреваемого в грабеже

Упавший со второго этажа в московском ТЦ мальчик сбежал из детского сада

В столице РФ состоялся диалог на тему: «Углубление китайских реформ в новую эпоху»

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: С 1 августа Соцфонд увеличит страховые пенсии россиян


Упавший со второго этажа в московском ТЦ мальчик сбежал из детского сада

Замглавы МИД принял посла Франции в связи с завершением его миссии в России

«Петербургский дневник» снимет документалку об Играх доброй воли

Администрация Мытищ провела консультацию для представителей малого бизнеса


Теннисистка Веснина показала свою форму на Олимпийские игры в Париже

Рублев пробился в полуфинал турнира в Умаге

Новак Джокович провёл первую тренировку на олимпийских кортах в Париже

Елена Веснина показала свой номер в Олимпийской деревне: видео


Метеорологи предсказали россиянам непростое окончание лета: что нас ожидает в августе?

Вторичный рынок недвижимости: вердикт вынесен! Цены рухнут уже в этом месяце

«Ρуccκиe xοpοши, κοпaют вceгдa» – οфицep ΒϹУ жaлуeтcя нa κapтοнныe уκpaинcκиe фοpтифиκaции

Ремонт школы в селе Красный Путь под Домодедовом завершат в августе


Музыкальные новости

Нижегородцы услышат хиты Linkin Park в исполнении оркестра

Дистрибьюция Музыки.

В заминированном поезде Липецк - Москва ехал хедлайнер концерта в честь Дня Города Липецка, финалист шоу “Голос” Сергей АРУТЮНОВ

Певица Клава Кока отметила 28-летие с Давидом Манукяном и Пашу



Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: Более 12 тысяч жителей Москвы и Московской области получают повышенную пенсию за работу в сельском хозяйстве

Первенство Московской области до 17 лет, Пер-во г.Люберцы на призы ЛФТ до 13 лет

Столичные росгвардейцы задержали мужчину, подозреваемого в грабеже

Начальник Главного управления вневедомственной охраны Росгвардии вручил ключи от автомобиля многодетному отцу-росгвардейцу


Филиал «Красноярский» компании «ЛокоТех-Сервис» по итогам 6 месяцев 2024 года выполнил плановые показатели сервисного обслуживания локомотивов

Сергей Собянин: Научные команды медицинских организаций получат поддержку

Глава Следкома Александр Бастрыкин и дончанин Игорь Дзреев поздравили с днем рождения Мирей Матье

Начальник Главного управления вневедомственной охраны Росгвардии вручил ключи от автомобиля многодетному отцу-росгвардейцу


Как проверить автозапчасть на оригинальность?

Начальник Главного управления вневедомственной охраны Росгвардии вручил ключи от автомобиля многодетному отцу-росгвардейцу (видео)

Начальник Главного управления вневедомственной охраны Росгвардии вручил ключи от автомобиля многодетному отцу-росгвардейцу

Можно ли вернуть купленную автозапчасть обратно в магазин?


Путин к октябрю ждет план строительства в Москве национального центра "Россия"

Дальний Восток, встречай: Путин выселит госкорпорации за Урал 

Путин поручил подготовить план строительства центра «Россия» в Москве

Путин поручил до осени подготовить план по строительству наццентра «Россия»




Брат Евгения Серебрякова рассказал об участии своего родственника в протестах

Отличник, не любил Навального, имел проблемы со здоровьем: что известно об обвиняемом в подрыве машины офицера в Москве


Гастроэнтеролог Садыков дал 3 совета, как не отравиться дыней и арбузом

Суд Москвы продлил арест экс-главе московской клиники «Медицина 24/7» Серебрянскому

«Говорит Москва»: житель столицы с лишним весом застрял в дверном проеме

ТАСС: обвиняемый в подрыве машины в Москве не попадал в поле зрения правоохранителей


В Кремле допустили мирные переговоры с Киевом при Зеленском, но при определенных условиях

"Часть дипломатической торговли": Политолог объяснил слова Подоляка об отказе от мира с Россией

В Киеве призвали заменить Зеленского для начала переговоров с РФ


Спортивная бутылка для воды

«Динамо» анонсировало матч с «Локо» в стиле одной из самых знаменитых миссий серии GTA

Гимнасты со всей страны приедут в Новосибирск

В погоне за миром: Россия примет участников исторической гонки


Гражданин ФРГ, осужденный на казнь в Белоруссии, надеется на помилование



Сергей Собянин. Главное за день

Сергей Собянин: К обустройству районов подходим комплексно

Собянин рассказал о работе Фонда развития венчурного инвестирования

На Пресне будет отреставрирован уникальный дом XVIII века — Собянин


Мужчина под действием наркотиков дважды пытался похитить младенца в Москве

Графен стал базовым элементом новой технологии электрогенерации

Санкт-Петербург вошел в топ-3 экофрендли-городов

Жители Балашихи помогут сделать родной город чище


Более 92 тыс рабочих мест создано на инфраструктурных площадках Подмосковья

РЖД запустили функцию покупки билетов на юг с пересадкой на разные места в одном поезде

Сергей Собянин. Главное за день

Трое рабочих чудом выжили, оказавшись в сорвавшейся с высоты люльке


В Поморье стартовал двенадцатый «Дирекцион-Норд»

Фестиваль военных духовых оркестров одновременно открылся в трех городах Поморья

ТСД SAOTRON RT41 GUN: практичный, производительный, надёжный

Погиб глава архангельской пожарной охраны Димитрий Охрименко


Выставка исторической памяти «В гости к нашим далеким предкам» ко Дню Крещения Руси и Дню памяти равноапостольного Великого князя Владимира

Выставка-реклама «Галерея книжных новинок»

Игра-викторина «Хорошо, когда есть рядом верный, бескорыстный друг!» к Международному дню дружбы

К Международному дню тигра саранская телемачта «переоденется» в редкого хищника


Замглавы МИД принял посла Франции в связи с завершением его миссии в России

The Financial Times публикует большую статью о потребительском буме в России, который издание называет «удивительным»

Администрация Мытищ провела консультацию для представителей малого бизнеса

Упавший со второго этажа в московском ТЦ мальчик сбежал из детского сада












Спорт в России и мире

Новости спорта


Новости тенниса
Даниил Медведев

Тарпищев: Медведев не будет жить в Олимпийской деревне






Книги в жанре антиутопий пользуются наибольшим спросом в Адыгее и Северной Осетии

Дороги Подмосковья в пятницу вечером загружены на 4 балла

Белгородцы, пострадавшие от вражеских атак ВСУ, могут обратиться в ситуационный центр «Единой России»

Российским туристам раскрыли все варианты дешево отдохнуть на море в начале августа: названы все страны и курорты с минимальной ценой