Nyt batteri kan oplades på ét minut og give 800 km rækkevidde
Nutidens lithium-ion-batterier i elbiler kan om få år få konkurrence af solid-state-teknologien. Det viser et patent, som Fisker Inc. netop har indsendt til de amerikanske myndigheder. Det skriver blandt andet Green Car Congress.
Solid-state-teknologien betyder kort fortalt, at både elektroder og elektrolytter i batteriet er i fast form, i modsætning til i dag, hvor der bruges en delvist flydende elektrolyt. Der forskes intenst i teknologien, da den rent teoretisk er lithiumion-batterier overlegne.
I patentansøgningen hævder Fisker Inc., at man har fremstillet helt nye materialer og fremstillingsprocesser, der tilsammen vil kunne øge energitætheden med 250 procent sammenlignet med lithiumion-batterier.
Samtidig hævdes det, at en elbil med en rækkevidde på 800 km kan “fyldes op” på under et minut. Fisker hæver, at teknologien er klar til at blive brugt i elbiler fra 2023.
Masser af udfordringer med Solid State
Der findes allerede solid-state-batterier på markedet, men anvendelsen er begrænset. Det skyldes blandt andet at selvom energitætheden i den type batterier er høj, så er effekten begrænset. Det skyldes, at det er svært at få en stor strømtæthed i overgangen mellem de faste materialer i elektrode og elektrolyt.
Solid-state-batterier lider også under en meget snæver arbejdstemperatur, dyre materialer og en meget dyr fremstillingsproces. Et andet problem er, at batteriet ændrer størrelse når det op- og aflades, hvilket kan få de enkelte lag i batteriet til at brydes op.
Professor Tejs Vegge fra Institut for Energikonvertering og -lagring på DTU kalder det da også noget af en julegave, hvis Fisker virkelig skulle have løst alle de udfordringer, der i dag er med den type batterier og at de derfor kan være klar til at putte dem i en elbil i 2023:
»Perspektiverne for all solid-state batterier er dog så store, at hvis det blot er lykkedes for dem at løse én af de store udfordringer, vil det være meget interessant,« siger han.
Andre har dog også haft fokus på Solid-state-batterier og Toyota lovede for nylig, at de er klar med teknologien allerede i 2020. Toyota oplyser imidlertid ikke hvilken teknologi de har tænkt sig at bruge eller hvor langt de er i udviklingen.
Nu er Fisker jo kendt (berygtet) for at komme med sensationelle udmeldinger som der så viser sig ikke at være hold i. Hans seneste forsøg på en bil skulle have været drevet af revolutionerende super-kapacitorer.
Der skal nok gå hul på solidstate batteri bylden. Men jeg tvivler stærkt på, at det bliver fra Fisker det gennembrud kommer.
Mon ikke der bare er tale om et forsøg på at skabe noget interesse, der kan rejse noget finansiering.
Nu ved jeg ikke hvor mange kWh batteri kapaciteten er i denne bil, men jeg ved at hvis man på 1 minut skal overføre 100kW, så kommer det med statsgaranti til at blinke i naboernes køkkenlamper.
:)
Det skal dog siges at Fiskers udviklere inkluderer en medstifter af Sakti3, et firma der netop er specialiseret i Solid-State batterier.
Men selv om patentansøgningen giver mening så er det jo ikke sikkert at det teknologien er brugbar i praksis...
Hvis man anstager 6 km / kWh, så svarer 800 km til 133 kWh, som ved opladning på 1 minut kræver en ladeeffekt på 8 MW - hvilket er en god størrelsesorden mere end hvad man forventer snart at se for Li-ion batterier.
160 kWh mener jeg at have hørt Men who knows. Det er jo Fisker der siger det!
Med 1 min bliver effekten omkring 10 MW. Det tror jeg ikke lige går. Men 10 min kan også gøre det.
På den anden side er 10 MW det samme som øresundsfærgerne oplades med. Men det er så også med 10 kV, og nogle ordentlige kabelbasser der placeres af en robot.
De kraftigste ladestandere under opførsel er 400 kW. Jeg tror aldrig vi kommer til at se ladestationer til biler med over 1 MW. Men man skal selvfølgelig aldrig sige aldrig. Der bliver i hvert tilfælde bruge for nogle kraftige ladere, når de tunge ellastbiler snart kommer.
Det bliver spændende at se, om Tesla kommer med noget nyt på ladeområdet ,når de afslører deres nye semi truck. De er jo ved at være kørt bag af dansen med deres 150 kW ladere.
Et stort batteri batteri kan jo lades med en større effekt, hvis deres lastbil har de 600 kWh som nogen mener er nødvendigt for den store vægtklasse, så ville det godt kunne håndtere en ladeeffekt på 1 MW. Med den effekt og nødvendige tykkelse på ladekablet må man håbe på en automatisk tilkobling til ladestanderen...
Effekten skal også føres rundt internt i bilen ligesom at køling skal kunne følge med. Det er jo ikke en færge hvor installationen kan fylde en container og varmen dumpes i havet.
Hvis der lades med 10 MW og der går bare 5% tabt som varme, så skal bilen kunne køle batteriet for en halv MW spildvarme. Det lyder ikke helt realistisk.
En fossil bil med 200kW motor kan komme op på at skulle køle 500 eller flere kW væk, så det er slet ikke umuligt.
Varmekapaciteten i batteri og omgivelser hjælper også. Med 160kWh ladningsenergi, skal batteri osv optage måske 8kWh, som så kan køles væk over flere minutter.
Ja, så taler vi også om 1 kA. Hvordan går det så med stikledningen der hjemme i carporten og den nærliggende transformator ;-). Man skal vel ikke til at betale for ekstra tilslutning ?
Fremfor at udvikle en helt ny motor er formodningen at Tesla-lastbilen vil anvende et antal motorer magen til den i Model 3, f.eks. 4 styk - een for hver af de ikke-styrende hjul. Dermed bliver håndteringen af deres spildvarme også et løst problem.
Det vil vi formentlig vide mere om i morgen tidlig...
1-10 MW er industriinstallation, ikke noget man bare har i carporten.
Bare det at have en kontakt der kan afbryde den effekt er voldsom stor.
Lysbuen kan smelte/brænde huller i karosseriet.
En induktionssmelteovn 2,5 MW smelteeffekt kan smelte 3 ton støbejern i timen. Det er fra 20 til 1500C. Inkl. 6-700 kw kølebehov.
Ja, mødre har jo meget ansvar og mange pligter...
Forstiller mig at der vil ske det samme som hos facebook centeret, der tidligere blev nævnt her på siden.
Hvis installationen ikke er perfekt kan det hele bryde i brand.
kan lige forstille mig at man slæber et 20kg 1000 kvadrat kabel hen til bilen for at lade.
Hvis det er andet end et reklame stunt, så kræver det en form for automatik at lade bilen i praksis, ellers skal man montere 10 ladestik rundt omkring på bilen for at få effekt nok.
Den store fordel er dog, at man burde kunne regenerere alt bremsekraft ved normal kørsel.
En 8 MW ladestation ligger nok ikke i forbrugsnettet med typisk 3x max 50 A x 230 V = 345 kW
Jeg har svært ved at forestille mig andet, end at vi på et eller andet tidspunkt havner på en fælles standard for laderobotter. Men nok først om en del år, når vi har batterierne der kan tåle så hurtig opladning, og når elbiler er flertallet på vejene.
Sådan en sag på måske 1-2 MV der kan oplade et 60 kWh batteri på 2-3 minutter. Måske gennem en lem i bunden som en robot automatisk åbner og skyder en solid kobling op i. Måske også med en standard for tilkobling af køling.
Effektbehovet for en ladestation bliver ikke større end det er idag. Istedet for 10-20 ladestandere, der lader samtidig er der bare een hurtig, som med en benzinpumpe idag.
Opsummering af tråde hertil er at den krævede stømstyrke næppe kan overføres i eksisterende håndterbare kabelstørrelser.
Udover det så er skydes Fisker's udmelding ned - - fordi det ikke er Tesla som gør det!
Vrøvl. Store ladeeffekter er svære at håndtere uanset hvem der bygger bilen. Tesla eksperimentere med vandkølede ladekabler fordi de har problemer med varmeafgivelse i kablet og det er endda kun 130 kW.
Hvis man skal overføre en stor effekt i et elkabel kan det ske ved enten at skrue op for spændingen (volt) eller strømstyrken (ampere). Tabet i form af varme er en funktion af modstand i kablet (ohm) og strømstyrken. Modstanden i kablet er relateret til kablets diameter.
En Tesla supercharger lader ved cirka 400 volt og 300 ampere. Skruer du op for strømmen får du problemer med varme medmindre du også gør kablet tykkere. Vi kan ikke komme op i MW klassen med et kabel der kan håndteres af almindelige mennesker.
Alternativt kan du skrue op for spændingen. Men så bliver det også farligt. Vi har nok ikke lyst til at lade bilerne med 10 kV.
Det lyder som febervildelser.
Hvis et 70 kWh batteri lades med på 1 minut vil det kræve >4 MW. Svarende til kablet fra en halvstor havvindmølle. De kabler er så tykke som en arm.
Der vil ufravigeligt være 5-10% ladetab, som vil give meget høj temperatur-gradient over batteriet, som vil degradere.
Dette kan ikke lade sig gøre uden en masse forhold kommer på plads.
Fisker er en fusker. Igen.
800 km til daglig brug eller familiebesøg i weekenden er så rigeligt.
Så kan de kraftige ladestationer I sætter spørgsmålstegn ved være placeret ved motorvejsnettet rundt i Europa og så kan man hente en kop kaffe før de næste 6-800 km...
Reelt er 1-10 minutter vel muligt ved en helt automatiseret ladestation og så er natten over fint derhjemme.
Det lyder til at alle går ud fra at batteriet vil have samme virknings grad som nuværende lithium-ion batterier, men vil et solid state batteri ikke have en bedre virkningsgrad når det har en højere ledningsevne? En højere virkningsgrad vil også betyde en lavere varmeudvikling under op og afladning.
Endelig Fisker påståe ikke at have en bil der kan oplades på kun 1 min. Kun et batteri der kan tåle det. De er måske precist klar over de problemer der er med at trække kabler til den størelse strømme.
Jeg turde ikke stå ved siden af medens den lades op! - det er en bombe der kan eksplodere hvornår det skal være.
Hvordan kan el-energien omsættes til kemisk bunden energi så hurtigt i den størrelsesorden?
Og hvis der kommer mange med den ladetid, så vil det lokale forsyningsnet slet ikke kunne bære den belastning, - så det bliver kostbart at indføre.
Jeg er hverken elbil eller stærkstrømsekspert. Jeg kan dog godt se et potentiale i den hurtige ladning.
Jeg tillader mig at gentage, hvad der allerede er nævnt ovenfor:
Hvis vi forestiller os et batteri, hvor ladetiden kommer ned i størrelsen 1-5 minutter, så vil det meget godt matche vores modus for optankning af biler i dag.
Dvs. at man kører hen til en tank og fylder strøm på bilen, og så har man "juice" nok til en uges tid. Dermed er det kun på centrale steder, at vi behøver bekymre os om laderobotter og kraftige installationer. Hvis jeg kan tanke på 2 min, hvorfor skulle jeg så bekymre mig det mindste om en installation i min carport? Selvfølgelig kan man stadig installere hjemmeladere hvis man vil udnytte solkraft eller gerne vil have en frisktanket bil hver morgen, men så har man jo typisk en hel nat til operationen, og så falder strømstyrkebehovet dramatisk.
På den måde bliver vi som forbrugere fastholdt i et forhold til vores tankstation, hvorfor jeg godt kunne forestille mig, at Fisker (eller hans batteri-partner) er støttet af et benzinselskab, måske Shell?
@Finn Andersen
Det er klart, at hvis man indkobler en 100 kW belastning, så er det voldsomt.
Men husk lige, at 10 naboer med hver 10 kW ladning udgør samme belastning.
Så det kan da være, at ladestationerne er så intelligente, at de tidsmultiplekser - belastningen er den samme. Og indkoblingen af de nævnte 100 kW behøver jo ikke være on/off; jeg ved ikke hvilke effektgradienter et sædvanligt net kan klare.
Men selvom 5 biler tager 5 minutter, tidsmultipleks, så er det jo størrelsesordner bedre end nuværende teknologi. Mon ikke det går ?
Og med intelligent ladning: "fuldt ladet om 5 - 15 - 25 - 300 minutter", så er det en revolution - som overgang fra damp til diesel i skibe.
Hvem siger det i fremtiden skal være kablet opladning, og ikke trådløs opladning.
Nå, ok hvad lærte vi som om Teslas tanker om ladere ved Tesla Semi afsløringen.
Der kommer åbenbart nogle nye Tesla ladestandere, der får navnet Megacharger. Navnet er jo nok et hint.
Tesla hævder at der kan lades til 400 miles kørsel på 1/2 time. De har også nævnt et forbrug på 2 kWh/mile for Tesla Semi.
Det må så give en ladeeffekt på 1,6 MW. Det er åbenbart en ting de mener kan lade sig gøre. Men nok ikke lige til personbiler.
Vi må jo gætte på at Tesla Semi har et batteri på omkring 1000 kWh, hvis den skal køre 500 miles på en opladning. Det er jo så 10-20 gange større batteri end for en personbil (når vi lige ser bort fra Teslas annoncerede nye roadster med 200 kWh).
Men HVIS det lykkes nogen at bygge en personbil, der kan anvende effekten i sådan en 1,6 MW charger, så er det fuldt batteri (50 kWh) på 2 min.
Det bliver ikke med et normalt ladestik. Jeg gætter på et system med strømskinner under lastbilen.
Skal en Tesla Semi lades med 1,6 MW = ca 1400 A ved 3*380 V - kræves der nok min. en 10 kV højspændigs-forsyning til en enkelt truck. 50 trucks - min. en 10 kV 2660 A forsyning.
Hvor mange parkeringspladser for trucks har mulighed for dette - og hvilke sikkerhedsforanstaltninger vil det kræve?
Infrastruktur omkostningerne bliver enorme. Jeg savner lidt realitetssans fra DJØF regnedrengene.
Kontaktløs charging har typisk over 20 % energitab - så det er ikke særligt økologisk..
Nu går Fisker's påstand ud på at han har et batteri, der kan lader på 1 minut og IKKE hvorvidt der kræves kabler i arms tykkelser og kV forsyning. Desuden virker det ikke helt urealistisk, i og med solid state batterier kan lades med ca en faktor 30 ifohold til lithium batterier.
Men enig, det stiller da store krav til vores forsyningsnet.
Kan man ikke mindske problemet med netbelastningen ved at ladestationen har nogen kondensatorer der udjævner. Selv hvis ladetiden er nede på 1 minut vil der jo være masser af tid til at lade kondensatorbatterierne op mellem bilopladningerne. Det vil sænke behovet for effekt til ladestationen, men løser selvfølgelig ikke problemet med kablernes dimensionering til bilen fra ladestationen.
Nu behøver det ikke være en kontaktløs opladning.
Med en transformatorløsning kunne man godt have en direkte kontakt, uden at der er tale om en kabelforbindelse.
Transformatorløsningen betyder også, at man kan have en (meget) høj spænding på primæren uden for bilen.
Bortset fra det, kunne man vel godt acceptere en opladningstid noget længere end 1 minut - det er da gået fint med benzinbilerne.
Ikke alene er det gået fint med benzinbilerne - deres ejere accepterer uden videre, at de ikke kan foretage sig andet, mens påfyldningen pågår.
Det tror jeg ikke, man fik en elbilejer til at finde sig i, uanset hastigheden for påfyldningen.
Allan du skriver:
"Det tror jeg ikke, man fik en elbilejer til at finde sig i, uanset hastigheden for påfyldningen."
Man må da antage at hvis en elbil ikke har tålmodighed til slappe af i det minut en påfyldning varer, for at kunne lave noget andet ,så er man vist lidt utålmodig..........og burde ikke befinde sig i færdslen skulle jeg mene : )
Noget helt andet. er der nogen der har et bud på dimensionen på ladekablet ?
Den utålmodige elbilejer kunne vist nemt komme slemt til skade ved utålmodig adfærd. Svejsere der har svejset med jævnstrøm, har fået nogle alvorlige brandsår med langt færre ampere, end de som er nødvendige for at opnå denne ladetid.
Det har ikke noget med utålmodighed at gøre. Det har noget med unødvendighed at gøre.
Ejere af brændstofdrevne biler har accepteret at bruge tid på noget, der burde være unødvendigt - og de accepterer det, alene fordi de mangler forestillingsevne til at se, at det burde være unødvendigt.