Добавить новость
ru24.net
News in English
Февраль
2024

BatMan project uses lasers to optimize EV batteries

0

A new laser patterning process to alter the microstructure of battery electrode materials has the potential to unlock significant improvements to electrified transportation.

A recent battery manufacturing project led by the US Department of Energy’s National Renewable Energy Laboratory (NREL) —affectionately called BatMan— has developed a novel laser patterning process to alter the microstructure of battery electrode materials. This manufacturing process has the potential to unlock significant improvements to electrified transportation.

“BatMan builds on NREL’s expertise using laser ablation, advanced computational models, and materials characterization to address key challenges in battery manufacturing,” said Bertrand Tremolet de Villers, project co-lead and senior scientist in NREL’s Thin Film and Manufacturing Sciences group. “This new, high-throughput laser patterning process—demonstrated at scale with state-of-the-art roll-to-roll manufacturing techniques—uses laser pulses to quickly and precisely modify and optimize electrode structures, offering a massive leap in battery capabilities with minimal added manufacturing cost.”

According to Tremolet de Villers and his team, the material makeup, thickness, and structural design of electrodes can impact battery capacity, voltage, and charging speed. For example, doubling the thickness of electrodes from 50 μm to 100 μm increases the energy density of a battery cell by about 16%. However, this increased thickness makes it more difficult to charge the battery quickly without causing long-term damage from lithium plating, which reduces the battery’s lifetime.

Given this state of affairs, the EV industry needs a breakthrough battery design that combines the benefits of thicker electrodes and fast charging without increasing manufacturing costs. The BatMan research team is answering the call with a process that optimizes electrode structures and streamlines battery production.

The pore network

Prior NREL research illuminated how intricate patterns of tiny holes in an electrode—known as the pore network—can unlock battery improvements. These microscopic pores create access points to increase ionic diffusion, allowing the ions to move more quickly during charge and discharge without damaging the battery. As a manufacturing bonus, these pores also speed up electrolyte saturation during the wetting process, which consists of injecting a liquid electrolyte into the cell to facilitate the flow of ions between electrodes.

“Early conversations between NREL’s battery researchers and material scientists uncovered an opportunity to utilize laser ablation to configure these pore networks,” said Donal Finegan, project co-lead and senior scientist in NREL’s Energy Storage group. “With support from our industry partners, BatMan established a new process to incorporate this technique into battery manufacturing. But first, we needed to know which pore patterns would yield the greatest battery benefits.”

Genetic algorithms

To evaluate different pore channel shapes, depth, and distribution, the researchers turned to NREL’s Lithium-Ion Battery Secondary Pore Network Design Optimization Analytical Diffusion Model. The genetic algorithm also considered the specific hardware limitations of the laser used to create the pores. These advanced models helped identify the optimal pore arrangement: a hexagonal pattern of laser-ablated pores with a depth of 50% of the electrode coating thickness. The study also found that adding straight channels across the width of the electrode dramatically improved electrode wetting when compared to unstructured electrodes.

With a target pore network identified, the BatMan team began working toward small-scale prototyping and characterization of the laser-patterned electrode. The scientists used an Amplitude Laser Group femtosecond laser system with high-speed galvanometer-controlled scanning optics for the laser ablation, working closely with the Amplitude team to achieve precise control of the laser based on position, power, frequency, and number of pulses. 

Battery cells
Battery cells. (Image by Donal Finegan, NREL).

“Our collaboration with NREL helped integrate the laser into their existing research capabilities to support the BatMan project goals,” said Quentin Mocaer, line manager at Amplitude. “We also received valuable insights into how future system designs and new technologies could further improve this process at an industrial scale.”

NREL researchers applied advanced characterization tools to evaluate the performance of the laser-ablated electrodes. First, researchers applied X-ray nano-computed tomography and scanning electron microscopy to analyze the morphological features of the electrode structure and validate battery enhancements. Next, NREL’s multiphysics models illustrated how improved uniformity in the structures reduced the risk of lithium plating during fast charging. Finally, the BatMan team assembled small battery cells to assess the optimized electrode architectures in action. Electrochemical analysis of the laser-ablated cells demonstrated superior fast-charge performance, with nearly 100% more capacity after 800 cycles. 

Roll-to-roll

After numerous cycles of laser ablation, characterization, and adjustment, it was time to scale up the process for high-throughput demonstration. Most battery manufacturing facilities use a continuous roller-based processing line, known as a roll-to-roll line, that bonds the active material mixture onto a foil surface. Researchers used NREL’s roll-to-roll line to demonstrate and de-risk the compatibility of this new process to encourage adoption by battery manufacturers.

“After nearly three years of research, our team successfully processed 700 meters of double-sided electrode material, proving that laser ablation is a scalable and economically feasible technique for roll-to-roll production of lithium-ion batteries,” Finegan said. “The magnitude of this demonstration was unique to NREL and showcases how strategic laboratory support can advance industry processes.”

NREL returned the optimized electrode material to BatMan’s manufacturing partner Clarios, where experts assembled commercially relevant 27-Ah batteries for further evaluation. Early inspection using Liminal Insights’ EchoStat acoustic imaging indicates that the laser-ablated electrodes wet faster and more uniformly than baseline cells. Additional non-destructive diagnostics will validate the expected performance improvements and ensure battery safety and quality before this technology enters the marketplace.

Time will tell how long it will take before laser-ablated cells find their way into electric vehicles, but the NREL team is optimistic. Techno-economic analysis of the laser patterning process estimates a minimal added cost to battery manufacturing of under $1.50/kWh—that is less than 2%—and the performance advantages are undeniable. NREL researchers also found that the graphite debris collected during the laser ablation process can be directly reused to make new battery cells without any significant impact on the cells’ performance, which presents an opportunity to further reduce the cost of laser ablating electrodes.

“Our lab-scale experimentation shows that laser-ablated electrodes could double the rate of charge of electric vehicles,” Finegan said. “This is a technology evolution that could alter conventional manufacturing, not only for lithium-ion batteries but also next-generation battery chemistries.”




Moscow.media
Частные объявления сегодня





Rss.plus



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

Столичные росгвардейцы задержали мужчину, подозреваемого в грабеже

Синоптики спрогнозировали тепло до +28 и грозы в Московском регионе 28 июля

Обложка песни. Обложки альбомов песен. Сделать обложку для песни.


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

Дольче вита с выгодой в Fish Point Family Resort

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

Связь диабетической ретино- и нефропатии с риском ишемии конечностей


Technology’s grip on modern life is pushing us down a dimly lit path of digital land mines

Meet Shelly-Ann Fraser-Pryce, Olympic legend and Netflix Sprint athlete chasing gold aged 37 at Paris 2024

Meet Adam Peaty, British swimming hero and three-time Olympic champ returning for Paris 2024 after extended break

Meet Rayssa Leal: 16-year-old ‘Little Fairy’ of skateboarding hoping to go one better at Paris 2024 Olympics


Стартовал ремонт на участке трассы Р-216 в Ставропольском крае

Bluetooth-сканер штрих-кодов SAOTRON P04 на базе CMOS-матрицы

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

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


Activision secretly experimented on 50% of Call of Duty players by 'decreasing' skill-based matchmaking, and determined players like SBMM even if they don't know it

Blizzard politely tells Hearthstone players their game isn't dead just because it's not getting a new cosmetic board this expansion

Приключение-головоломка Arranger вышла на смартфоны и PC

Arena Breakout празднует 1 годовщину новой картой, игровым режимом и наградами



«Магнит» и Everland запустили в Ставрополе первую социальную программу для молодых людей с инвалидностью «Эстафета успешности»

Специалисты, к которым хочется возвращаться. Кем может гордиться Москва?

Синоптики спрогнозировали тепло до +28 и грозы в Московском регионе 28 июля

Нервный импульс. Томские микрохирурги вернули 59-летнему жителю Германии эрекцию




«Больше всего бесит кура с гречей»: Питер глазами повара

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

Столичные росгвардейцы задержали мужчину, подозреваемого в грабеже

В преддверии Дня ВДВ тульским десантникам отправили гуманитарный груз в зону СВО


Празднование Дня города в Дубне завершили концертом симфонического оркестра

«Размножаем» очечник в машине – простое решение

Депутаты Химок провели уроки памяти в музее «Артишок»

Пиармэн Макс собрал все PR trends 2025 в едином рейтинге


Даниил Медведев победил в первом круге олимпийского турнира по теннису

Мирра Андреева выбыла с Олимпиады, проиграв полячке Магде Линетт

Мирру Андрееву наградили за первую победу в турнире на уровне WTA

Теннисистка Грачева, отказавшаяся играть за Россию в пользу Франции, вылетела с Олимпиады с «баранкой» в 1-м круге


Президент прокомментировал приобретение квартир для сотрудников посольств за рубежом

Велосипед и самокат разыграли в «Городке здоровья» на Дне города в Дубне

Красноярск стал одним из 10 экофрендли городов

Пиармэн Макс собрал все PR trends 2025 в едином рейтинге


Музыкальные новости

Омский паралимпиец раскритиковал Снуп Догга, который нёс олимпийский огонь

Интервью Вадима Самойлова об «Агате Кристи», «Полуостровах» и новом альбоме

Адвокат Алсу Крючков не увидел перспектив сохранения брака певицы с Абрамовым

Волонтеры приюта "Дора" в Воронеже дежурят по ночам после избиения одной из собак



Родилась с пулей. В Москве врачи спасли девочку, которую ранили в утробе

Синоптики спрогнозировали тепло до +28 и грозы в Московском регионе 28 июля

«Магнит» и Everland запустили в Ставрополе первую социальную программу для молодых людей с инвалидностью «Эстафета успешности»

Специалисты, к которым хочется возвращаться. Кем может гордиться Москва?


ДОМ, который построит РФ: главные строители страны обсудили совместные планы

Обложка песни. Обложки альбомов песен. Сделать обложку для песни.

В сети выясняют, чем занимался Пресняков до отъезда

Состав тамбовского ФК "Спартак" пополнил новый нападающий


Десятикилометровая пробка образовалась на трассе М-7 в Нижегородской области

Чуть дешевле 2 млн рублей — представлен новый китайский кроссовер для России

В Москве утром в понедельник ожидается сильный дождь

Особенности рефконтейнеров


Путин сообщил о завершающей стадии разработки ракет средней и малой дальности

Пентагон не стал комментировать заявление Путина об ответе на размещение ракет США в ФРГ

Путин указал на сигнал для США в полётах стратегической авиации России

Владимир Путин рассказал об ответе РФ на размещение ракет США в Германии





Родилась с пулей. В Москве врачи спасли девочку, которую ранили в утробе

«Магнит» и Everland запустили в Ставрополе первую социальную программу для молодых людей с инвалидностью «Эстафета успешности»

На форуме «Территория будущего. Москва 2030» выберут аромат для поликлиник

Диетолог Соломатина рассказала, может ли еда из тюбика заменить привычную пищу


Зеленский заявил, что Киев начнет обсуждение вопросов территориальной целостности


В Самаре состоялись всероссийские соревнования по спортивному метанию ножа

Хинштейн: МВД контролирует дело о драке сына Бажаева с полицейским в Москве

5 дней до конца приема заявок в конкурс «Россия, Музыка, Стихи — моя стихия»

Футбольный матч "Оренбург" - "Ахмат" завершился со счетом 0:0


Лукашенко завершил визит в Россию и прибыл в Минск



Собянин рассказал о модернизации научных пространств внутри столичных колледжей

Собянин: В Москву привезли свыше 500 тыс. растений на фестиваль «Лето в Москве. Сады и цветы»

Собянин рассказал о развитии инженерно-коммунальной инфраструктуры в Москве

Мэр Москвы рассказал, как за пять лет преобразился район Некрасовка


Какие растения и насекомые опасны для сада и огорода

Москва реконструируется. 1938 - окончание

Юбилейный «Лётчик Фестиваль» в культурно-экологическом пространстве «Джао Да!Ча»


Теперь будет запрещено: пенсионеров, доживших до 70 лет, ждет огромный сюрприз с начала августа

Пассажиропоток аэропорта «Горно-Алтайск» превысил 230 тыс. человек

Крестный ход прошел в День крещения Руси в Новосибирске

Пиармэн Макс собрал все PR trends 2025 в едином рейтинге


В Поморье стартовал двенадцатый «Дирекцион-Норд»

Первые заморозки возможны в августе в России

Спасатели МЧС РФ нашли пропавшую под Архангельском двухлетнюю девочку

Фестиваль военных духовых оркестров одновременно открылся в трех городах Поморья


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

Утром в Симферополе рейсовый автобус насмерть сбил пенсионерку

Штаб «Все для фронта, все для победы» отправил в зону СВО очередной гуманитарный груз

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


Глава государства дал губернатору Клычкову последний шанс

Крестный ход прошел в День крещения Руси в Новосибирске

«Размножаем» очечник в машине – простое решение

Депутаты Химок провели уроки памяти в музее «Артишок»












Спорт в России и мире

Новости спорта


Новости тенниса
WTA

Мирру Андрееву наградили за первую победу в турнире на уровне WTA






В частном доме в городском округе Щёлково полиция Подмосковья ликвидировала наркоплантацию

Депутаты Химок провели уроки памяти в музее «Артишок»

До +35 градусов: синоптики рассказали, когда вернется жара. Ждать осталось совсем недолго

«Правда глаза колет». В Венгрии дали отпор «лицемерной» Польше